陸首位鋰電池專家將上太空 隨神舟二十一號執行太空站科研任務

現年39歲的張洪章將成爲中國第一位電池領域專家進入太空站的研究人員。（取自澎湃新聞）

大陸首位鋰電池專家將上太空，現年39歲的張洪章將成爲中國第一位電池領域專家進入太空站的研究人員，將搭乘10月31日晚間發射的神舟二十一號上太空，第三批太空人、首次執行飛行任務的張洪章入選前是中國科學院大連化學物理研究所研究員。

澎湃新聞報導，中國科學院大連化學物理研究所官網資訊顯示，張洪章於2004年進入山東大學化學與化工學院，本科畢業後進入大陸化工領域頂尖的中國科學院大連化學物理研究所，開啓5年碩博連讀的科研生涯。

其碩博期間一項重要課題是做「高性能、低成本全釩液流電池用離子傳導膜研究」。離子傳導膜是當時依賴進口、成本極高的關鍵材料，張洪章所在的團隊經歷三、四年攻關，實現了膜材料結構和性能優化，他作爲完成人之一也榮獲了2012年遼寧省技術發明二等獎和2014年中國科學院傑出科技成就獎。2013年7月起，張洪章任中國科學院大連化學物理研究所副研究員，2018年7月起任研究員。

張洪章的研究方向爲鋰/硫原電池、低溫動力電池、鉛炭蓄電池、鋰離子混合超級電容器的設計及關鍵材料開發，涉及碳材料、正負極活性物質、隔膜、電解液、集流體與電池結構等領域；全釩液流電池用離子傳導膜的研發，包括離子交換膜、多孔離子傳導膜。其帶領的課題組致力於大規模儲能技術的近、中、長期發展，致力於大規模儲能技術的實用化。

2018年，中國啓動第三批預備太空人選拔，範圍首次由空軍現役飛行員擴大至相關工業部門、科研院所和高校的航空航太工程技術和科研人員。在太空人類別方面，既包括太空人駕駛員，又包括航太飛行工程師和載荷專家。2020年9月，張洪章作爲載荷專家入選爲中國第三批太空人。經全面考評，入選神舟二十一號載人飛行任務乘組。

何謂載荷？航天器上裝載的、直接實現航天器在軌運行任務的儀器、設備、人員、試驗生物及試件等，被稱爲有效載荷。載荷專家一般從載人航太工程空間科學研究及應用領域的科研人員中選拔，主要負責空間科學實驗載荷的在軌操作。

據神舟二十一號載人飛行任務新聞發佈會資訊，按計劃，神舟二十一號太空人乘組在軌期間將新開展27項科學與應用專案，主要針對空間生命科學與生物技術、航太醫學、空間材料科學、微重力流體物理與燃燒、航太新技術等多個領域的關鍵科學問題進行深入系統的研究。

此外，神舟二十一號還將進行面向太空應用的鋰離子電池電化學光學原位研究、太空站在軌智慧算力平臺試驗等搭載專案，將爲後續開展科學研究提供依據，爲在軌應用進一步奠定基礎。

作爲載荷專家，張洪章此次「上天」的主要任務就是負責太空站科研實驗。根據張洪章本人透露，他參與的實驗項目，也將在此次神舟二十一號任務中搭載上去。

自1999年神舟一號成功首飛以來，電源作爲飛船的心臟不斷迭代升級。一套強大的電源系統不僅是太空人的生命保障，也爲科學實驗提供穩定能源。神舟飛船的電力來源主要包括太陽能電池和蓄電池兩部分。

神舟一號到神舟七號電源的核心目標，是保障太空人的基本生存和飛船的正常運行，確保飛船「上得去、回得來」。從神舟八號到神舟十一號，這個階段在保證安全可靠的前提下，開始更加註重提升太空人在太空生活和工作的舒適度。爲滿足新的需求，神舟八號電源進行重大升級：供電結構由兩機組升級爲三機組，採用約28%光電轉換效率的三結砷化鎵太陽電池，單組鎘鎳蓄電池容量升級至70安時，鋅銀電池的使用壽命增加100%，整船供電能力突破1800瓦。

這一升級滿足了飛船與天宮實驗室對接期間的高負載需求，同時，也讓太空人在太空吃上熱飯熱菜成爲可能，爲太空人的太空生活注入了溫度。

隨後，在中國太空站建造階段，神舟飛船電源又迎來全新的挑戰，其面臨的不再是單一航天器的穩定供電，而是如何在複雜的太空站組合體中更爲智慧地應對。從神舟十二號任務起，每艘神舟飛船發射時，地面會同步準備一艘同型號應急救援待命船。這一階段的電源還強化了飛控監控能力。

而在太空站常態化運營後，神舟飛船電源邁入「自由用電」時代，也就是既能獨立供電，也可與太空站實現併網供電。同時，電源應對故障和突發情況的能力更加強大，安全性更成熟。

在神舟十八號飛船上，鋅銀電池壽命再次延長了20%，支撐飛船在軌停靠時間大幅增加。值得一提的是，神舟十八號飛船首次採用鋰離子蓄電池替代服役17次的鎘鎳蓄電池，爲整船減重50公斤，爲貨物運輸騰出更多空間。

鋰電的引入不僅提高了能量密度，還大幅簡化在地面和飛行任務中的使用複雜性，爲其配套的三重冗餘充電控制系統，更爲電池上了三道保險，將太空人用電的安全性可靠性推向了新高度。

神舟十九號神舟飛船電源分系統研製人員曾介紹，鋰電能量更高、循環壽命更長、無記憶效應。其在應對複雜工況時，無須開展特殊的在軌維護工作。另外，相比鎘鎳蓄電池，鋰電能量保持能力更強，能使太陽帆板基本處於停轉狀態，間接減少機械結構的損耗。

該研製人員表示，從上崗半年資料來看，神舟十八號載人飛船鋰離子蓄電池的性能與入軌初期相比幾乎沒有改變。神舟十九號作爲神舟十八號的應急救援待命船，其鋰離子蓄電池也已在地面「待機」半年之久。研製人員重點比對了鋰離子蓄電池在出廠、進場及發射三個階段的資料，電池狀態與剛出廠時基本沒有差異，仍處在巔峰狀態。

可以說，自神舟十八號載人飛船開始，鋰離子蓄電池、太陽能帆板和儲充系統的完美配合，爲飛船的太空之旅保駕護航。而隨着技術的進一步迭代，中國載人航太的用電安全與自由將持續得到更有力的保障。而張洪章的「新科研之旅」或將爲鋰電池的太空和地面研究帶來新提示。