【50年“捣鼓”出这家创业板企业——记中科院化学所有机光导鼓技术研发应用历程】
近年来，中国科学院面向需求、扎根一线、深入市场，为我国突破关键核心技术、增强产业链供应链自主可控能力、助力打赢脱贫攻坚战发挥了重要作用。

日前，GEOVIS空天大数据平台研发及产业化应用团队等9个团队获得中国科学院2020年度科技促进发展奖。本报为此开设专栏推出系列报道，探究这些团队将科技成果从“书架”搬上“货架”背后的心路历程。

图1：2001年，杨联明（左）与中船汉光公司总经理汪学文讨论有机光导鼓产品质量问题。
图2：不同型号的有机光导鼓。杨联明团队供图

日前，中国科学院化学研究所（以下简称化学所）研究员杨联明收到了一个红本本，他领衔的“有机光导鼓及其相关产品的技术开发与产业化应用团队”荣获中国科学院2020年度科技促进发展奖。

对杨联明而言，这是最近一年来的又一个好消息。2020年1月，基于化学所深耕50年的原创技术成立的企业——中船重工汉光科技股份有限公司（以下简称中船汉光）获批在深圳证券交易所创业板上市。

受疫情影响，原本由杨联明亲赴深圳“敲钟”的中船汉光上市仪式推迟了半年。2020年7月9日，杨联明在线上远程参加了这个仪式。

当天，中船汉光开市涨幅43.95%，迎来开门红——杨联明的“冷板凳”坐“热”了。“做了几十年基础研究，如果不是真的一步步走来，我也没有料到自己的工作能够取得这么大的经济价值。”他告诉《中国科学报》。

▲ 从“科学”中来

有机光导鼓（OPC）的概念虽然有些陌生，但它作为打印机、复印机等自动化办公设备的常用耗材“硒鼓”，已经得到广泛应用。

20世纪30年代，美国工程师切斯特·卡尔逊（Chester Carlson）利用材料的光电转换性质，发明了静电复印技术。“这一发明被认为是信息处理和传播方式的革命性变化，也是20世纪最重要的技术发明之一。”杨联明说。

静电复印是一个将静电潜像用带电色粒显影获得可视性图文的技术，与后来的激光打印一样基于静电照相原理（Electrography），主要包括成像、显影、转印、定影等步骤。

光导鼓是实现这一技术的重要器件。它是在导电基底上镀涂一层十几微米的均匀、光滑、坚韧的光导材料薄膜而形成，具有光电转换功能。这个看似简单的元器件，实际上蕴含着材料学、电学、光学等多学科知识原理和配方工艺等技术内涵，其中光导材料是最基础的，也是科学家们付出最多努力寻求的目标。

光导材料从硒、硅、氧化锌等无机半导体转向灵敏、高效、环保、低成本的有机半导体，主要得益于20世纪70年代前后全球范围内有机光电功能材料基础研究的快速发展。

20世纪80年代以后，适用于现代社会办公自动化需求的激光打印机开始发展起来，作为其核心部件的有机光导鼓产品显示出巨大的市场前景。然而，有机光导鼓这一核心技术仅有国外发达国家的少数大公司掌握，对我国实行严格技术封锁，以此垄断攫取高额利润。

杨联明表示：“今天我们已经意识到为什么我国一些产业受制于人，原因在于基础研究这个总开关。”20世纪90年代，全球范围内有机光导鼓产业像雪球一样越滚越大。当时，中科院的研究人员已经前瞻性地意识到，开展有机光导鼓相关应用基础研究的重要性。中科院高技术产业局向化学所提供经费10万元，启动有机光导鼓的研发。杨联明回忆，这些工作让研究人员对有机光导鼓的了解、认知和掌握达到了新的水平，具备了制备原理性器件的能力。

事实上，更加基础的研究可以追溯到50年前。化学所在国内率先开展有机信息记录材料领域的攻关，培养组织了一支站立在科学前沿的“执牛耳”队伍。

产业化取得初步成功后，科学探索的脚步也没有停止。2005年，杨联明团队将其在合成化学研究中取得的“镍催化乌尔曼反应”新方法及时推向有机光电材料的实用化合成中，较大幅度降低了生产成本。至今这一技术仍在沿用。

近十年来，杨联明团队持续开展相关新材料、新产品及新技术的研发与应用工作，聚焦有机光导鼓和墨粉制备技术攻关，积累了一大批先进原创技术。

化学所党委书记范青华告诉《中国科学报》：“作为一家始终定位为基础研究的研究所，面向应用问题部署基础研究已经成为化学所的优良传统。而作为代表性基础研究团队之一，杨联明团队甘坐冷板凳，专注做好一件事，在应用基础研究方面厚积薄发，是产学研合作的典范。”

▲ 到“生产”中去

20世纪90年代的“八五”“九五”期间，有机光导鼓技术连续两次被列入国家“863”计划项目。

作为有机合成专家的杨联明正是在“863”计划结束的前一年加入团队，肩负起将研发技术成果转化成工业化应用的艰巨重任。“从功能导向的材料设计、选择到原理器件，每一个环节都是全新的挑战。”他告诉《中国科学报》。

有机光导鼓技术从“科学”中来，下一个任务是到“生产”中去。“九五”期间，“863”计划部署重大项目支持有机光导鼓技术产业化，成为摆在科学家面前的新题目。1995年前后，有机光导鼓的产业化工作遭遇了第一次失败。当时，化学所计划与江苏常熟一家半导体器件厂合作开展年产10万支生产线的工程，但在放大生产线的设计和建造方面遇到诸多难题，工程进展缓慢。

“从实验室中1克材料的合成、几毫升配液的小面积涂布到工业级的百公斤材料制备、几十升涂布液每天几千支产品生产，是完全不同的概念。”杨联明感叹道，“我们当时连生产线是啥样都不知道。”

正是这次经历让团队认识到，以“交钥匙工程”来建设生产线是不可能的，实现成果转化必须在正确选择合作企业的基础上，由双方一起攻克工程化难题。最终，化学所联手中国船舶重工集团所属企业邯郸汉光机械厂，共同推进有机光导鼓的产业化。

2000年11月，我国第一条有机光导鼓自动化生产线建成，年产能力60万支，实现有机光导鼓的国产化和产业化，填补了国内相关产业空白。其间，化学所科研人员一直坚持在一线，和公司工程技术人员密切合作攻关，共计进行了30多批次、百余种组合方案的生产试验。

杨联明很欣慰，有机光导鼓国产化的成功，打破进口产品长期高价格、高垄断利润的局面，逐步形成了国内企业与国外企业竞争的局面。目前，中船汉光有机光导鼓产销量位居全球通用市场前三位，占国内市场份额超过三分之一；墨粉销量位居全球通用市场第一位，占国内市场份额的一半以上。

▲ “沃土”促“转化”

“赶上了好时候。”回首过去30年，这是杨联明最深的感慨。

近年来，全社会形成创新驱动发展的强大氛围，一系列政策工具为科研成果转移转化提供了一片“沃土”。

2015年10月，国务院修订《促进科技成果转化法》。随后，各部委推出一系列强有力的措施落实修订后的成果转化法，规定“通过转让或许可取得的净收入及作价投资获得的股份或出资比例，应提取不低于50%用于奖励，对研发和成果转化作出主要贡献人员的奖励份额不低于奖励总额的50%”。

“这两个50%的措施，极大地激励了科研人员和管理人员积极投入科研成果转化工作。”化学所科研成果转移转化办公室主任张建伟告诉《中国科学报》。

他还注意到，如今的科研成果转移转化越来越需要团队作战。科研人员对市场的了解有限，对科研成果的市场估值往往把握不准，在与企业谈判时可能处于劣势，专业技术经纪团队应运而生。

化学所现行规定中提到，科研成果转化现金收益不低于50%用于奖励科研团队，一定比例用于奖励管理团队；股权奖励最高可达70%。在这一政策“沃土”激励下，化学所培育了多家高科技企业。最近，参股企业深圳瑞华泰薄膜科技股份有限公司科创板IPO成功过会。

作为科研管理者，范青华则强调，我们要让科学家“富起来”过体面生活，同时更要提倡科学家专注事业、有创新为民的奉献精神。https://t.cn/A65TfCQU

 他……​‎ ͏ 
♦中‮人国‬力资源与社会保障部营‮培养‬训师
♦ACI国际注册‮养营‬师
♦国家高级‮养营‬师
 
25年致力于‮养营‬健康知识推广与‮训培‬，深耕营养‮品产‬研究与选配、营销‮统系‬商业模式顶层‮计设‬与系统‮建构‬推广培‮。训‬曾为多‮上家‬市大型药企‮行进‬产品战‮规略‬划与营销系‮搭统‬建。

每‮有年‬超过20000人因聆听演讲，并‮无有‬数人彻底改变‮维思‬模式和人生‮运命‬。

今天玄明‮师老‬将与大家探讨有‮营关‬养、营养‮与品‬天然植‮功物‬能因子对人‮的体‬相关‮义意‬，从阐述营养食‮的品‬误区开始，层‮递层‬进，‮述讲‬营养‮人对‬体的重要性，并‮过通‬人体健康‮科的‬学研究发现来‮秘揭‬天然植‮功物‬能因子对人体的核‮价心‬值，最后透‮分过‬析GBN联合‮验实‬室，打开我们对‮生益‬菌的全新认知‮并，‬找到如何提升身‮的体‬自愈力‮得获‬持续‮康健‬的简单生活‮式方‬。

【执着“钠”十年 钠离子电池迎来“破晓”】“如果失败了呢？”

“成与不成，这辈子只干这一件事。”

当众多人聚焦锂离子电池的时候，他把目光转向了“冷门”的钠离子电池，这“一眼”就是10年，也是这“一眼”打开了钠离子电池产业化的大门。此时的胡勇胜，不仅是中国科学院物理研究所研究员，还是中科海钠的创始人。

不久前，中科海钠生产的全球首款具备自主知识产权的钠离子电池实现量产，目前电芯产能可达30万只/月。

全球首辆钠离子电池低速电动车亮相中科院物理所九十周年所庆 胡勇胜供图

从“一枝独秀”到“珠联璧合”

历经200余年的电池在新一轮能源革命中迎来“大浪淘沙”。二十世纪九十年代，在众多二次电池中，锂离子电池率先抓住机遇强劲发展。

据中关村储能产业技术联盟2019年统计数据显示：在全球电化学规模储能示范项目中，锂离子电池的占比高达80%。

然而锂离子电池却面临无法回避的“天花板”。“在二次电池中，锂离子电池的性能虽是最好，但锂资源的储量有限，且70%分布在南美洲，而目前我国80%锂资源依赖进口。锂离子电池难以兼顾电动汽车和电网储能两大产业。”胡勇胜告诉《中国科学报》。

“一枝独秀”的锂离子电池已无法全面改变传统能源结构，“百花齐放”的二次电池中，替代或补充锂离子电池的储能技术成为国际新能源技术的竞争热点。

不仅如此，曾经的“主力队员”铅酸电池因其不可避免的环境污染及无法满足新国标标准面临“退役”问题，2019年4 月，《电动自行车安全技术规范》强制性国家标准规定电动自行车的整车质量（含电池）不高于55kg，但目前市场上铅酸电池电动自行车重量普遍超70kg。

“目前碳酸锂大概4万元/吨，如果用锂离子电池替代铅酸电池，电动自行车的成本将大幅上涨。而碳酸钠平均仅有2千元/吨，用钠离子电池替代铅酸电池的优势显而易见。”胡勇胜告诉记者。

在胡勇胜看来，钠离子电池具备低成本、长寿命和高安全性能等优势，不仅能在一定程度上成为锂离子电池的补充，缓解锂资源短缺的问题，还能逐步替代环境污染严重的铅酸电池，保证国家能源安全和社会可持续发展。

值得一提的是，钠离子电池巨大的储能市场还包括光伏、风能等新能源接入储存系统。据了解，2018年我国弃光、弃风、弃水电量共计1022亿度电。胡勇胜指出：“储能是智能电网的重要环节，钠离子电池因其成本及资源优势将在大规模储能市场中大有作为。”

“此外，钠离子电池凭借其诸多优势还有望在低速电动车、电动船、数据中心、通讯基站、家庭/工业储能领域快速发展。”胡勇胜表示。

中科院物理所和中科海钠设计制造的全球首辆钠离子电池低速电动车 胡勇胜供图

“要做用户最需要的”

近年来，国际领域纷纷加码钠离子电池研发。2020年，美国能源部明确将钠离子电池作为储能电池的发展体系；欧盟储能计划“电池2030”项目将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位。

实际上，在胡勇胜团队开展钠离子电池研究时，虽然钠离子电池不是热门领域，但已有其他团队在研究，但胡勇胜给自己定了“做科研就要做用得上的研究，做用户最需要的钠离子电池”的目标。

“我们要做老百姓能买得起的低成本、高安全的电池。”为此，降低电池正负极材料成本成为胡勇胜团队首先思考的重要课题。实际上，目前锂离子电池常用的活性元素是Ni和Co，但成本较高，能否找到又有活性成本又低的元素替代呢？通过不断的研究，胡勇胜团队惊喜地发现Cu在钠离子电池中不但具有活性，而且成本只有Co的1/4和Ni的1/2，正是替代Ni和Co的“完美”元素，经过多年的探索，胡勇胜团队最终成功研制出Cu基钠离子层状氧化物正级材料。

挑战接踵而至，能否降低钠离子电池负极材料成本呢？“当时，石墨作为成熟的锂离子电池负极材料却几乎不具备储钠能力；无定形硬碳是众多研究的焦点，但价格较高。通过对碳源前驱体进行调研，我们发现无烟煤的成本平均1800元/吨，如果用无烟煤制备无定形碳负极材料将有利于大幅降低电池成本。基于这样的考虑，我们立即开始实验，最终研制出了无烟煤基钠离子电池负极材料。”胡勇胜回忆道。

在团队成员、中科院物理所副研究员陆雅翔看来，成功降低钠离子电池成本的关键在于敢于另辟蹊径、大胆创新。“在当时，国内外对钠离子电池的研究主要集中于借鉴锂离子电池的研发思路，所以迟迟没有突破性的进展，我们没有跟随大家的脚步，而是另辟蹊径，大胆尝试，挑战别人忽视的、认为不可能的道路。”

在攻克钠离子电池正负极材料成本问题后，胡勇胜团队继续深入挖掘钠离子电池的其他优势，发现钠离子电池不仅拥有更好的安全性，在遇到零下40度的低温时，钠离子电池汽车还能释放80%的电量，比锂离子电池汽车更加“耐寒”。“此外，钠离子电池汽车充电速度更快，仅需20分钟，接下来将挑战10分钟的充电速度。”胡勇胜告诉记者。

对于电池制备而言，建立完整的生产线不仅重要而且投资巨大，值得一提的是，钠离子电池可以直接使用锂离子电池的生产线，无需重建。“不久前，我们使用锂离子电池生产线生产了8万支钠离子电池。正因为可以直接使用锂离子电池的生产线，钠离子电池市场化的速度将更快，可以站在前人的‘肩膀’上，我们也无比感激。“胡勇胜表示。

目前，胡勇胜团队在钠离子电池正负极材料、电解液等关键材料体系和电芯制造、装配工艺等工程技术上都已具备完全自主研发能力，产品核心专利已获得中国、美国、欧盟等多个国家和地区的授权。

中科院物理所和中科海钠设计制造的全球首座百千瓦时钠离子电池储能电站 胡勇胜供图

眼前有产业 脚下有科研

实际上，胡勇胜与物理所的缘分已有20年。2001年，胡勇胜便来到物理所攻读博士学位，师从陈立泉院士，也正是这一份师生谊改变了胡勇胜未来的职业生涯。

博士毕业后，胡勇胜先后到德国和美国进修，就在完成学业之时，陈立泉联系胡勇胜，希望他能回到物理所工作。

“我毫不犹豫地就回来了，因为我的导师和团队凝聚力。陈老师始终心系国家能源安全，从长远出发推动电动中国梦想的实现，不畏困难，敢于挑战，这种家国情怀和科研精神令我敬佩。此外，陈老师满心栽培学生，他带领下的团队有激情、有梦想、有情怀，我非常喜欢团队的科研氛围。”胡勇胜回忆道。

在当时，团队成员都为自己设定了研究方向和目标，“做用户最需要的钠离子电池，这辈子只做这一件事”正是胡勇胜为自己定的目标。

“当时国内的科研条件随着国家的发展有了很大的改善，此外，中科院也提供了很好的科研平台和转化平台，作为科研人员，如果我们还不能做出点成绩，就真的太对不起国家，对不起老师了。”胡勇胜坦言，“实际上，我也想过可能失败，但如果大家都在观望一个领域时，它可能是机遇，如果大家都已经开始做了，可能它就不再是机会了。”

树立目标容易，将目标变成现实并非易事。付诸实践的头几年，是胡勇胜最困难也最难忘的时光。“由于国际上关于钠离子电池的研发并没有实质性进展，很多要从零开始。那些年，我们每天都在挖空心思地研究钠离子电池技术，’早晨捧着希望来，晚上带着失望归是常态，那是研发最困苦的时期，也是我最安静思考且难忘的时光，这为钠离子电池成功研发奠定了坚实的基础。”胡勇胜回忆时感慨道。

在胡勇胜看来，产业化与做科研完全不同，“基础研究强调前沿性，而产业化要做以用户为导向和市场需要的产品，不能为了新而新。此外，实验室研究阶段很多问题是看不见的，而当进入工程化阶段后，要保证产品的一致性和稳定性是很有挑战的事情。”

酒香也怕巷子深，寻找投资人和合作者，为科研成果注入转化资本，是每个科研成果转化征程中的必经且不易之路。产业化初期，出差作报告、谈合作、找厂家是胡勇胜的常态，为此他幽默地说道：“那些年，我不是在出差，就是在出差的路上。”

在陆雅翔看来，不管再忙，胡勇胜都会“挤”时间思考电池的技术研究，跟团队探讨灵感和难点，“胡老师总有用不完的精力，即使再忙他都会利用零碎的时间阅读最新文献，关注科研最新动态，思考问题的解决方案，这种勤奋和科研热情也激励着团队。”

随着钠离子电池产品的优越性能和低廉成本逐渐被国内外所认可，胡勇胜也从最初的主动找合作，转变为越来越的合作“找上门”，产业化的“羊肠小道”逐渐走成了“康庄大道”。

十年磨一剑，今年，是胡勇胜团队深耕钠离子电池的第10年，也是中科海钠市场化的“破晓”之刻，他对未来充满了期待，期待钠离子电池走进寻常百姓家，期待钠离子电池成为守护国家能源安全的“主力军”，“但科研是产业化的基础，在带领团队产业化的同时，还必须潜心科研，为钠离子电池实现充电更快、能量密度更大、安全性更高、成本更低的未来夯实基础。“

“高山仰止，景行行止，虽不能至，然心向往之。“胡勇胜感慨道。