郑州大学化学学院副院长付永柱。（资料图片）

付永柱（前排右三）与郑州大学化学学院师生合影。（资料图片）

郑州大学化学学院。（资料图片）

郑州大学化学学院实验室。（资料图片）

付永柱，本科毕业于清华大学，硕士毕业于大连化学物理研究所，2007年获得得克萨斯大学奥斯汀分校博士学位。曾先后在美国劳伦斯伯克利国家实验室、林泰克公司以及得克萨斯大学奥斯汀分校工作过，回国前在印第安纳大学-普渡大学联合分校任助理教授，主持了美国国家航空航天局、国家自然科学基金委员会等单位的科研项目。
2017年，他以化学学院特聘教授的身份入职郑州大学，现任该院副院长。研究领域包括高能量电池电极材料、高离子选择性膜材料及高效催化材料，已在国际著名期刊上发表论文120余篇，申请美国专利4项。

大部分时间都在实验室度过
付永柱待在他位于郑州大学化学学院行政楼的独立办公室里的时间很少。他把大部分时间花费在实验室里，学生们对他随时来实验室已经司空见惯，看到他进来也不会停下手里的工作向他打招呼。谈话中，他坦诚地告诉笔者，他目前处于一种非常忙碌的状态中：做实验、阅读文献、授课、指导学生和撰写论文等。但他非常享受他的工作。付永柱说：“我喜欢待在实验室，那里让我感到充实。”
他的研究团队正在做的主要工作之一是研制“锂离子电池用有机硫正极材料”。锂离子电池是指以金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用有机电解质的一类二次电池（即可充放电池）。由于锂是已知的除氢、氦外最轻的化学元素，并拥有最低的电位，因此用它制成的电池的电压高、能量密度大，被广泛应用于手机和电动车上。
2017年，付永柱回国的时候，新能源电池行业正处于从“野蛮生长”到“有序发展”的过渡期，也是属于相关科研人员的机遇期。无数科研工作者为能制造出性能更优异的电池而奋勇争先，同时，随着动力锂离子电池领域外商投资条件的开放，也让研发领域的竞争进一步加剧。
付永柱介绍，目前，锂离子电池的商业化应用主要受限于蓄能与安全两个方面。现有的商用锂离子电池的正极材料主要是“基于过渡金属的无机正极”，如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等。这一类材料回收成本较高、污染性强。受制于理论比容量的限制和材料结构稳定性的制约，其能量密度无法获得突破性改变。因此寻找更合适的正极材料仍然是电池领域的关键课题之一。
为了应对这一挑战，付永柱从他自身的经验出发，决定开拓与主流研发路径不同的新方向：有机硫正极材料。这在国内，还少有人关注。
有机分子种类丰富、分子结构灵活，硫比容量高，储量丰富，能够在蓄能和成本上实现双重突破。有机硫正极材料能让电池获取更大的能量密度，是可能达到电池理想状态的材料之一。
但在十年前，电池领域的研发以无机正极材料为主，有机硫正极材料是一个相对陌生的、新的方向。付永柱清楚，在基础研究领域去开拓科研新方向，意味着只能独自去寻找答案。每一步都是未知数，但也预示着一条可能成功的新道路。
付永柱说：“在国内，我们是较早进入有机硫材料研究领域的团队，在现有可查询的相关论文中，有大概三分之一出自我们的实验室。有机硫正极材料可以有效提升电池的稳定性和续航能力，我认为在未来电池的商业版图里会有它的位置。”
付永柱和他的团队在实验室里一遍遍分析化学结构与数据，向着新型高容量电池电极材料的前沿方向挺进，并取得了一系列创新性成果。在他的领导下，其团队现已有导师5名、在读博士及硕士研究生40余名，并长期与海外教授保持合作，共同开拓有机正极材料及其功能性应用的新方向。
探索电池发展的无限可能
2010~2014年，便携式电子系统如智能手机、平板电脑、电动汽车等市场的崛起，带动了正负极材料、隔离膜、电解液等上游产业规模的持续扩大。根据公开资料显示，2019年全球锂离子电池市场规模达到了2627亿元，预计2026年将达到6485亿元。
对于付永柱的研发团队而言，即便已经站在电池研发领域的学术前沿，但想要真正进入这片“市场蓝海”还有不短的距离。这是一场全球性的产业转型和企业发展竞赛，而为参赛者提供更多的技术选择是科研的任务之一。
至今为止，在锂离子电池的发展过程中，仍存在许多的不确定性。
决定锂子电池能否进入流通层面的主要问题之一是它的热控问题，近年来频频见诸报端的“热失控”事件让它的安全性饱受争议。
付永柱说：“目前提升安全性的主要方法是做固态电池，但由于现有的电池电解液的生产线主要以液态为主，需要巨额的投资才可能改变这一局面。”
相较于耗资巨大的生产线改造，他更倾向于通过改变正负极材料来遏制这种“失控”。相对锂电体系而言，有机硫材料的研发虽然主要侧重于蓄能，但电池的电压更低，也更为安全。同时，付永柱团队也在对其他种类的电池进行研究。
付永柱说：“实验室中的研究成果常常无法在工业上顺利实现，因此从工业应用的角度来看，电池的发展还有无限可能。”
付永柱对这种无限的可能有相当大的兴趣，也对各类电池的优劣如数家珍。在中科院大连化学物理研究所的时候，他跟随导师衣宝廉院士从事燃料电池方面的研究，到郑州大学后，于2018年与宇通客车合作完成了“高可靠高环境适应性燃料电池客车”的开发。在有机硫正极材料之外，他的团队也在进行着更低成本的钠离子电池的研发。
燃料电池依靠“加氢”来减少污染，但是维护成本高。金属原材料普遍涨价后，钠离子电池成为动力电池厂商的“新宠”，但截至目前，其能量密度和循环次数均不突出。在付永柱看来，没有哪一种电池是完美的。更重要的是，从科研的角度出发，它们潜藏着通往人类社会更美好未来的大道。
在拒绝同质化研究中走向深远
作为一个新的团队，付永柱与团队内的其他五位老师达成了很好的默契，他们在研发过程中互相帮助，以彼此的优势来填补资源的相对不足，他们的每一个学生都能从其他老师那里得到帮助。这也体现了郑州大学化学院长期坚持的“集中力量办大事”的传统。
在美国的时候，付永柱从事的研究离应用更近些。但他很快发现，自己更喜欢在实验室里做研究，去探索科研的边界，这是他选择回国的原因之一。河南省郑州市是他回国后决定停留的第一站，四通八达的交通网络能让他与家人、家乡的距离更近。“得与尔同归”，是属于游子的情怀。但更现实的是，回国后还需要完成与本土文化、科研圈层的融合。
在很多领域，有经验的工作方式是安全的，但在科研领域，叩问人类知识边缘的旅程永远充满困难与挑战，“舒适区”反而是最不安全的区域。
进入新兴领域、站在时代风口的科研人员会遇到更多的暗礁险滩，同时也迎来更多开拓新领域、引领行业变革的可能性。对创新力的无限追逐和敢于走出自我方向的勇气是支撑他们走向学术高峰的基底，也是科研领域得以不断突破的基底。
付永柱和他的团队正是如此，他们正勇敢地行走在自己所选择的科研道路和人生道路上，道阻且长，但志在必得。
（付永喜）