近日，“面向空間應(yīng)用的鋰離子電池電化學(xué)光學(xué)原位研究”項(xiàng)目已在空間站內(nèi)開展，神舟二十一號(hào)航天員乘組共同在軌操作該項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)，其中，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員張洪章作為載荷專家發(fā)揮了其專業(yè)優(yōu)勢(shì)。

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理想實(shí)驗(yàn)場(chǎng)

鋰離子電池因能量密度高、循環(huán)壽命長和安全可靠性高，是現(xiàn)代航天任務(wù)的“能量心臟”。當(dāng)前，對(duì)鋰離子電池性能的研究已深入到微觀機(jī)理層面。

其中電解液內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)的分布狀態(tài)，是決定電池功率和壽命的核心因素之一。然而在地面實(shí)驗(yàn)中，重力場(chǎng)始終與電場(chǎng)交織在一起，難以單獨(dú)厘清重力對(duì)電池內(nèi)部過程的影響。

太空獨(dú)有的微重力環(huán)境，為突破這一科研瓶頸提供了理想實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，在太空能夠更純粹地研究電池內(nèi)部離子傳輸、嵌入脫出等關(guān)鍵過程。

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發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)

但微重力環(huán)境也為實(shí)驗(yàn)帶來了新挑戰(zhàn)——電池內(nèi)部液體行為與地面差異顯著，可能導(dǎo)致電池性能下降、安全性風(fēng)險(xiǎn)增加。

本次“面向空間應(yīng)用的鋰離子電池電化學(xué)光學(xué)原位研究”項(xiàng)目，旨在直接觀測(cè)與解析微重力環(huán)境對(duì)電池內(nèi)部關(guān)鍵過程的影響機(jī)理，為提升航天器能源系統(tǒng)效能提供有力的科學(xué)依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)過程中，載荷專家張洪章研究員基于科學(xué)判斷，開展微重力環(huán)境下的鋰離子電池原位光學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，全程獲取鋰枝晶生長全流程影像，完成精密電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的精密調(diào)節(jié)、實(shí)驗(yàn)流程的精確執(zhí)行、實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、關(guān)鍵科學(xué)現(xiàn)象的識(shí)別與記錄等。載荷專家的主觀能動(dòng)性將是本項(xiàng)目獲取新現(xiàn)象、新發(fā)現(xiàn)、新成果的重要保障之一。

▲張洪章在核心艙模擬器訓(xùn)練（2025年6月9日攝）。新華社發(fā)（徐部 攝）

本次鋰離子電池上行實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)，有望突破重力場(chǎng)與電場(chǎng)耦合作用的認(rèn)知瓶頸，推動(dòng)電化學(xué)基礎(chǔ)理論的進(jìn)一步發(fā)展，為優(yōu)化目前在軌電池系統(tǒng)、設(shè)計(jì)下一代高比能高安全太空電池提供依據(jù)。

張洪章同志簡歷

張洪章，男，漢族，籍貫山東鄒平，博士學(xué)位。1986年4月出生，2013年7月參加工作，2004年8月加入中國共產(chǎn)黨，中國科學(xué)院研究員。2020年9月，作為載荷專家入選為我國第三批航天員。經(jīng)全面考評(píng)，入選神舟二十一號(hào)載人飛行任務(wù)乘組。

【人物側(cè)記】航天員張洪章：做一個(gè)國家需要的人

一副眼鏡襯得眉目溫潤，白皙面龐上總漾著謙和笑意——這便是我國第二位叩問蒼穹的載荷專家，來自中國科學(xué)院的張洪章。他的名字里，藏著一位父親對(duì)孩子最質(zhì)樸的愛，也刻著“知識(shí)改變命運(yùn)”的期許，這份刻在名字里的信念，最終鋪就了他飛向浩瀚太空的人生之路。

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“我想解開生命的密碼”

張洪章的家鄉(xiāng)，在山東省鄒平市臨池鎮(zhèn)望京村，與北京的直線距離逾400公里。改革開放后，家里的日子越過越紅火，父親也感恩于國家的發(fā)展——大女兒出生時(shí)，他取名“張洪恩”，意為“銘記黨和國家的恩情”；1986年小兒子降生，恰逢國家提出“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，他便取“文章”的“章”字嵌入兒子名字，盼著孩子能以知識(shí)改變命運(yùn)、報(bào)效國家。

人如其名，張洪章對(duì)學(xué)習(xí)有著極強(qiáng)的執(zhí)著。他尤其愛學(xué)數(shù)學(xué)。小學(xué)時(shí)，數(shù)學(xué)課本一發(fā)下來，他就跟同學(xué)們比賽做習(xí)題，把整本書都提前做完了。從解一道道數(shù)學(xué)題中，他找到了學(xué)習(xí)的樂趣。初中階段，張洪章始終名列前茅。

他也喜歡讀書，積攢下來的所有零花錢都用來買書看?！拔疑闲W(xué)的時(shí)候家里是趕集做生意的?！睆埡檎禄貞?，父親擺攤賣塑料制品，塑料雨衣、雨傘、桌布等等。張洪章一邊幫父親看攤，一邊全神貫注地捧著本書看。即使在人來人往的鬧市上，他頭也不抬地靜靜地看書。

大量的閱讀，引發(fā)了張洪章熱愛思考的習(xí)慣?！盀槭裁慈藭?huì)生老病死？生命能不能延長？他對(duì)生命科學(xué)產(chǎn)生了強(qiáng)烈好奇，“我想解開生命的密碼”。這份好奇化作動(dòng)力，讓他的生物和化學(xué)成績格外突出?！拔疑锖突瘜W(xué)學(xué)得比較好”，相關(guān)學(xué)科的良好基礎(chǔ)，也使他信心滿懷。

即便到了高中，文科成績反超理科，他也始終沒動(dòng)搖“學(xué)理科、搞科研”的初心——“我喜歡挑戰(zhàn)自己，也想做能改變世界的事”。

回望18歲的選擇，39歲的張洪章笑著坦言“那會(huì)兒想法或許有些天真”，但這份“天真”，卻推著他走出了實(shí)打?qū)嵉呐ΑＫ傉f自己是“刻苦型”而非“天賦型”：“學(xué)習(xí)從不論‘到點(diǎn)收工’，遇上不懂的問題，不會(huì)輕易放過，非得刨根問底弄明白才罷休?！笨恐@份韌勁，他高考時(shí)穩(wěn)居全縣前列。

▲2025年8月28日 張洪章進(jìn)行植物培養(yǎng)訓(xùn)練（徐部 攝）

02

“干一行愛一行，愛一行精一行”

2004年，張洪章最終進(jìn)入山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，與心心念念的生命科學(xué)失之交臂。

然而，他并未因此放棄對(duì)科學(xué)的追求。大學(xué)四年，他業(yè)余時(shí)間幾乎全泡在圖書館，從化學(xué)專著到生命科學(xué)文獻(xiàn)，一本本啃、一點(diǎn)點(diǎn)學(xué)。在他看來，“上大學(xué)不是為了找工作，而是為了‘解惑’——解開心里對(duì)科學(xué)的疑問，也解開人生方向的困惑。”

“化工是把化學(xué)知識(shí)通過工業(yè)設(shè)計(jì)變成實(shí)實(shí)在在的產(chǎn)品，石油化工關(guān)乎能源，材料化工能造又輕又結(jié)實(shí)的物件，生物化工還能研發(fā)胰島素這樣的藥品，全是為國計(jì)民生服務(wù)的事。”除了巨大的應(yīng)用價(jià)值外，化工還是包括材料、動(dòng)力、數(shù)學(xué)等專業(yè)的綜合性學(xué)科。這讓張洪章逐漸發(fā)現(xiàn)了化工的魅力，也愛上了化工專業(yè)。“有人是愛一行干一行，有人是干一行愛一行。我屬于后者。”張洪章說，“既然學(xué)了這個(gè)專業(yè)，就要做到最好。”

本科畢業(yè)前夕，張洪章又一次做出“不尋?！钡倪x擇：放棄保研本校的機(jī)會(huì)，也放棄了出國讀研的可能，把目標(biāo)鎖定在化工領(lǐng)域頂尖的中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所。最終，他以優(yōu)異成績被錄取，開啟了5年碩博連讀的科研生涯。

張洪章成天泡在實(shí)驗(yàn)室里查文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、做實(shí)驗(yàn)，常常一做實(shí)驗(yàn)就到半夜兩三點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果好，他才能踏實(shí)睡個(gè)好覺；反之，就整夜琢磨問題出在哪。“累但快樂著”，他說這種“沉浸感”，正是科研最迷人的地方。

搞科研離不開創(chuàng)新。張洪章愛吃櫻桃，他用吃櫻桃來比喻創(chuàng)新?！坝袔追N做法，能把櫻桃做得更好吃？有人說生吃，有人說煮著吃，像我們搞科研要?jiǎng)?chuàng)新，就把它凍透了吃、炸脆了吃，甚至榨成汁?！睆埡檎抡f，“創(chuàng)新就是想別人沒有想到的，做別人沒有做到的，發(fā)現(xiàn)別人沒有發(fā)現(xiàn)的?！?/p>

導(dǎo)師給他的課題是做“高性能、低成本全釩液流電池用離子傳導(dǎo)膜研究”。離子傳導(dǎo)膜是當(dāng)時(shí)依賴進(jìn)口、成本極高的關(guān)鍵材料。能不能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化？成為擺在他們面前的難題。張洪章在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，打破傳統(tǒng)思路，選擇了一條截然不同的創(chuàng)新路徑，利用離子篩分傳導(dǎo)機(jī)制制備出不含離子交換基團(tuán)的離子傳導(dǎo)膜。隨后，通過不斷合成和測(cè)試各類膜材料，不斷調(diào)控隔膜的孔徑、孔結(jié)構(gòu)等參數(shù)。這個(gè)過程被張洪章極為通俗地比作“做涼皮”：“把樹脂溶解了刮涂在玻璃板上，再放進(jìn)水里置換溶劑。我所做的，就是在這個(gè)過程中調(diào)控多種參數(shù)，直到找到一種合適的、能夠制成多孔膜的材料?！?br/>

最終，張洪章所在的團(tuán)隊(duì)花了三四年的時(shí)間，反復(fù)合成材料、調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了膜材料結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)化，為未來的工程化開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。這使他作為完成人之一榮獲了2012年遼寧省技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)和2014年中國科學(xué)院杰出科技成就獎(jiǎng)，為他的博士生涯畫上了圓滿的句號(hào)。

03

“視祖國利益高于一切”

2018年，32歲的張洪章已在科研領(lǐng)域嶄露頭角，擔(dān)任研究員了。眼看著他的科研事業(yè)蒸蒸日上，一份特殊的通知傳來：我國啟動(dòng)第三批航天員選拔，范圍首次由空軍現(xiàn)役飛行員相應(yīng)擴(kuò)大至相關(guān)工業(yè)部門、科研院所和高校的航空航天工程技術(shù)和科研人員。

“做國家需要的事，做國家需要的人?！边@是張洪章科技報(bào)國的初心。“祖國需要有人去太空做實(shí)驗(yàn)，我是科研人員，我想去試試！”他沒有絲毫猶豫，第一時(shí)間報(bào)了名。

2020年9月，好消息傳來——張洪章作為四名載荷專家之一，入選第三批航天員。這意味著需要開啟全新挑戰(zhàn)：要暫時(shí)擱置他的科研工作，開啟全新領(lǐng)域的工作和生活。

是夢(mèng)想，也是使命。進(jìn)入航天員大隊(duì)以后，張洪章被門口那塊 “祖國利益高于一切” 的大幅標(biāo)語深深震撼，航天事業(yè)肩負(fù)著國家和民族的希望與夢(mèng)想。從最開始“成為幸運(yùn)兒的欣喜”到“面對(duì)新環(huán)境、諸多訓(xùn)練和考核的壓力”再到如今的平常心，他感到自己改變了不少，在和同批航天員“競(jìng)而不爭”的良性競(jìng)爭中、在“發(fā)現(xiàn)問題—解決問題”的循環(huán)里，完成了脫胎換骨的改變：“身體素質(zhì)從弱到強(qiáng)，知識(shí)儲(chǔ)備從專到全，心理也更理性冷靜?！弊鼍鸵龅阶詈?。

“我的靈活性還可以，掌握技巧快，但力量性稍差?！睆埡檎聦?duì)自己在訓(xùn)練中的表現(xiàn)作出這樣的評(píng)價(jià)。

剛開始體訓(xùn)時(shí)，張洪章幾乎每次跑步都位列最后幾名?！白约荷吓懿綑C(jī)加練，都是把應(yīng)急繩綁到腰上，直到實(shí)在跑不動(dòng)了被跑步機(jī)甩下來為止?！?/p>

在張洪章的努力下，體能這塊短板逐漸補(bǔ)齊。“后來對(duì)自己身體的控制力強(qiáng)一些了，感覺沒力氣了就‘啪’一巴掌拍到停止鍵，就這么一直練到優(yōu)秀。”

引體向上，成績從零到20多個(gè)，靠的是每天掛在單杠上反復(fù)練習(xí)，手上的繭子磨了一層又一層。

“我也逐漸從一個(gè)文弱書生變成健壯青年?！睆埡檎抡{(diào)侃自己的變化。

有趣的是，張洪章多年堅(jiān)持的太極拳，成了他對(duì)于離心機(jī)訓(xùn)練、模擬失重水槽訓(xùn)練的“秘密武器”?！半x心機(jī)訓(xùn)練會(huì)給胸腹部造成擠壓感，但我會(huì)想到太極拳中一些相通的地方，知道怎么樣能更好地保護(hù)內(nèi)臟?！睆埡檎抡f，“模擬失重水槽訓(xùn)練更有意思，水下訓(xùn)練服又厚又重，限制四肢自如運(yùn)動(dòng)。但人在里面先順著服裝漂浮的方向再慢慢引導(dǎo)到自己的方向，而不是一味對(duì)抗服裝消耗力量，就可以像魚一樣在水里面游。”

▲2025年8月25日 張洪章在進(jìn)行水下訓(xùn)練 新華社發(fā)（孔方舟 攝）

然而，身體素質(zhì)只是一個(gè)方面，面對(duì)載人航天這個(gè)龐大的系統(tǒng)性工程，往往牽一發(fā)而動(dòng)全身，不能只關(guān)注局部。張洪章對(duì)這一點(diǎn)的認(rèn)識(shí)尤為清晰?！耙郧拔沂橇?xí)慣發(fā)散思維，做一件事總想著有沒有更好的辦法；現(xiàn)在是花更多的時(shí)間考慮如何用現(xiàn)有的辦法把工作做得更好，準(zhǔn)確無誤地完成好手冊(cè)上規(guī)定的操作，對(duì)自己的想法做減法而不是加法?！边@種思維方式的改變被他總結(jié)為是“從提供更多的可能性到給予更多現(xiàn)實(shí)性，從天馬行空到落地生根”。

如今，張洪章即將奔赴太空，心中既有對(duì)任務(wù)的敬畏，也有對(duì)夢(mèng)想的期待。作為載荷專家，他的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)空間站科研實(shí)驗(yàn)，這讓他格外珍視。他在地面訓(xùn)練時(shí)，就注重了解實(shí)驗(yàn)的原理和意義，為了更好地和地面科研人員溝通，實(shí)現(xiàn)成果最大化?！?strong>空間站里的任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，都凝聚著地面科研人員大量的心血，能在太空親手完成他們的實(shí)驗(yàn)，是幸運(yùn)，更是責(zé)任。”做科研出身的張洪章，十分清楚空間站作為國家太空實(shí)驗(yàn)室的價(jià)值。幸運(yùn)的是，他參與的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也將在此次神舟二十一號(hào)任務(wù)中搭載上行?！拔移诖谔窄h(huán)境下開展這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，期待取得突破性成果?！?/p>

在出征前與記者見面會(huì)上，張洪章擲地有聲地向祖國和人民作出莊嚴(yán)承諾：“‘國之大者’在我心！我們將竭盡全力完成好每一項(xiàng)凝聚著廣大科研工作者智慧與汗水的科研項(xiàng)目，助力中國在科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大的突破與跨越?！?/p>

39年，上下求索。這一次，張洪章將懷揣報(bào)國之心，帶著探索之志，在浩瀚太空里，為國家航天事業(yè)繪就新章，也讓“做國家需要的人”的誓言，在星辰大海間回響。

▲2025年2月13日 張洪章在航天服測(cè)試中（徐部 攝）

來源：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、中科院之聲