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”項目已在空間站內(nèi)開展，神舟二十一號航天員乘組共同在軌操作該項目實驗，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。

01

理想實驗場

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。然而在地面實驗中，重力場始終與電場交織在一起，難以單獨厘清重力對電池內(nèi)部過程的影響。

太空獨有的微重力環(huán)境，為突破這一科研瓶頸提供了理想實驗場，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。

02

發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢

但微重力環(huán)境也為實驗帶來了新挑戰(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”項目，旨在直接觀測與解析微重力環(huán)境對電池內(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)。

實驗過程中，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)觀測實驗，全程獲取鋰枝晶生長全流程影像，完成精密電化學(xué)實驗的精密調(diào)節(jié)、實驗流程的精確執(zhí)行、實驗狀態(tài)的實時監(jiān)控、關(guān)鍵科學(xué)現(xiàn)象的識別與記錄等。載荷專家的主觀能動性將是本項目獲取新現(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驗的推進(jìn)，有望突破重力場與電場耦合作用的認(rèn)知瓶頸，推動電化學(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，入選神舟二十一號載人飛行任務(wù)乘組。

【人物側(cè)記】航天員張洪章：做一個國家需要的人

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，藏著一位父親對孩子最質(zhì)樸的愛，也刻著“知識改變命運”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。

01

“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，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，盼著孩子能以知識改變命運、報效國家。

人如其名，張洪章對學(xué)習(xí)有著極強的執(zhí)著。他尤其愛學(xué)數(shù)學(xué)。小學(xué)時，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。“我上小學(xué)的時候家里是趕集做生意的。”張洪章回憶，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喜∷?？生命能不能延長？他對生命科學(xué)產(chǎn)生了強烈好奇，“我想解開生命的密碼”。這份好奇化作動力，讓他的生物和化學(xué)成績格外突出。“我生物和化學(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“那會兒想法或許有些天真”，但這份“天真”，卻推著他走出了實打?qū)嵉呐?。他總說自己是“刻苦型”而非“天賦型”：“學(xué)習(xí)從不論‘到點收工’，遇上不懂的問題，不會輕易放過，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，他并未因此放棄對科學(xué)的追求。大學(xué)四年，他業(yè)余時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、一點點學(xué)。在他看來，“上大學(xué)不是為了找工作，而是為了‘解惑’——解開心里對科學(xué)的疑問，也解開人生方向的困惑?！?/p>

“化工是把化學(xué)知識通過工業(yè)設(shè)計變成實實在在的產(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，全是為國計民生服務(wù)的事?！背司薮蟮膽?yīng)用價值外，化工還是包括材料、動力、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，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。

張洪章成天泡在實驗室里查文獻(xiàn)、設(shè)計實驗方案、做實驗，常常一做實驗就到半夜兩三點。實驗結(jié)果好，他才能踏實睡個好覺；反之，就整夜琢磨問題出在哪?！袄鄣鞓分?，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。“有幾種做法，能把櫻桃做得更好吃？有人說生吃，有人說煮著吃，像我們搞科研要創(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)時依賴進(jìn)口、成本極高的關(guān)鍵材料。能不能實現(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)隊花了三四年的時間，反復(fù)合成材料、調(diào)整參數(shù)，實現(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)明二等獎和2014年中國科學(xué)院杰出科技成就獎，為他的博士生涯畫上了圓滿的句號。

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。”這是張洪章科技報國的初心。“祖國需要有人去太空做實驗，我是科研人員，我想去試試！”他沒有絲毫猶豫，第一時間報了名。

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)：要暫時擱置他的科研工作，開啟全新領(lǐng)域的工作和生活。

是夢想，也是使命。進(jìn)入航天員大隊以后，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想。從最開始“成為幸運兒的欣喜”到“面對新環(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“競而不爭”的良性競爭中、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，知識儲備從專到全，心理也更理性冷靜。”做就要做到最好。

“我的靈活性還可以，掌握技巧快，但力量性稍差。”張洪章對自己在訓(xùn)練中的表現(xiàn)作出這樣的評價。

剛開始體訓(xùn)時，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，直到實在跑不動了被跑步機(jī)甩下來為止?！?/p>

在張洪章的努力下，體能這塊短板逐漸補齊?！昂髞韺ψ约荷眢w的控制力強一些了，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?！?/p>

引體向上，成績從零到20多個，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，張洪章多年堅持的太極拳，成了他對于離心機(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)練會給胸腹部造成擠壓感，但我會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，限制四肢自如運動。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，而不是一味對抗服裝消耗力量，就可以像魚一樣在水里面游?！?/p>

▲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)只是一個方面，面對載人航天這個龐大的系統(tǒng)性工程，往往牽一發(fā)而動全身，不能只關(guān)注局部。張洪章對這一點的認(rèn)識尤為清晰?！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上規(guī)定的操作，對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，心中既有對任務(wù)的敬畏，也有對夢想的期待。作為載荷專家，他的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)空間站科研實驗，這讓他格外珍視。他在地面訓(xùn)練時，就注重了解實驗的原理和意義，為了更好地和地面科研人員溝通，實現(xiàn)成果最大化?！?strong>空間站里的任何一個實驗項目，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驗，是幸運，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驗室的價值。幸運的是，他參與的實驗項目，也將在此次神舟二十一號任務(wù)中搭載上行。“我期待著在太空環(huán)境下開展這項實驗，期待取得突破性成果?！?/p>

在出征前與記者見面會上，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凝聚著廣大科研工作者智慧與汗水的科研項目，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