人类利用能源搭建现代文明大厦，却也面临煤炭、石油、天然气等化石能源资源枯竭的倒计时与环境反噬的双重危机。全球变暖警钟长鸣，极端天气频发，无不催促着人类加速转向清洁、可持续的能源体系。在这场宏大的变革中，我国提出并践行了“碳达峰碳中和”的国家战略，旨在发挥全球引领作用，并将具有来源丰富、零碳排放、应用场景广阔等特性的氢能列为发展首选之一。然而，氢燃料电池作为将氢能转化为电能的关键装置，其核心材料离子交换膜的主流技术与市场却被少数国家的垄断企业牢牢掌控，成为卡住中国氢能产业脖子的关键技术。

天津大学先进内燃动力全国重点实验室副研究员刘鑫，一位年轻的科研先锋，将目光锁定在这片薄如蝉翼却技术壁垒高筑的方寸之“膜”上。他长期深耕清洁能源领域，在氢燃料电池、电解水制氢、液流电池等方向的离子交换膜材料研究中成果斐然，累计发表高水平SCIE与会议论文60余篇，拥有不同国家的10余项核心发明专利。他主导开发的创新离子交换膜，多次获得权威第三方检验认证及科技成果鉴定，被评价为“整体国际先进，部分国际领先”，并荣获中国发明协会发明创业奖、中国科技产业化促进会科学技术奖、美国硅谷国际发明展金奖、日内瓦国际发明展金奖等多项国内与国际荣誉。刘鑫将前沿基础研究的“最先一公里”与产业规模应用的“最后一公里”紧密衔接，以自主创新实现关键材料的国际破局，为发展能源领域的“新质生产力”注入了强劲的动能。

砺剑十年逐光而行

刘鑫的科研旅程，始于对材料世界奥秘的好奇与执着。2015年，他师从高分子材料泰斗张立群院士，获得博士学位;又与膜材料“QR计划”外国专家Michael Guiver教授合作开展博士后研究，聚焦能源转换领域。经历了中外联合培养，他极大拓展了国际学术视野，也更深刻地认识到，我国想要在世界科技前沿与经济主战场拥有优先话语权，必须实现关键材料的自主创新。

真正的突破，往往源于对现状的深刻反思与颠覆性构想。当前，全球主流的离子交换膜(如杜邦公司的Nafion膜)依赖的是聚合物自身的微相分离结构来传导离子，这种结构无规随机、各向同性，离子传导路径蜿蜒曲折，不利于离子从一侧电极快速跨膜到达另一侧电极实现能量转换。为突破这一限制，重新构建离子交换膜的微观传导结构，刘鑫从第一性原理出发，提出了开发同时具有离子传导能力和磁响应能力双功能材料的针对性方案，利用外加磁场制备有序取向的膜材料，让离子不再是“漫无目的”地在膜内游走，而是像上了高速公路一样，沿着跨膜方向的最短路径快速定向传导，大幅度提升了燃料电池的功率输出。

相关研究成果发表在《自然·能源》(Nature Energy)等顶级期刊上，并入选中国科学院重大科技基础设施稳态强磁场装置的“年度十大亮点成果”。正是这种不墨守领域发展现状，而以科学构想为目标导向的研究方式，使他逐光而行，不断突破自身认知能力边界，成为了能源、化工、材料、磁学的跨学科专家，用“他山之石”攻克本领域难题，形成了具有国际高辨识度的独特研究体系。

破壁之战创领未来

刘鑫的研究从未止步于实验室，他坚信，真正的创新价值，必须经受产业化和市场应用的检验，转化为推动社会进步的现实生产力。他的科研鲜明地体现了“创新基础研究与规模应用转化并重”的理念。在磁取向膜技术取得原理性突破后，他和团队立即面对一个更为艰巨的挑战：如何将实验室里几厘米见方的完美样品，变成可以连续、稳定、规模化生产的工业产品?这一步，是业界的“阿喀琉斯之踵”，无数优秀的科研成果在此折戟沉沙。

刘鑫团队与合作伙伴迎难而上，将实验室的“手艺”转化为产业的“工艺”。他们首先对膜配方进行了改进，采用“有机-无机复合”的方式代替初步研究中的纯有机聚合物，实现了更加规整的取向结构，使膜材料的离子传导优势进一步集中在膜厚度方向。随后，他们深入生产一线，对成膜过程中膜配方与溶剂相互作用、溶剂挥发速率、制膜液磁响应性等方面进行了深入研究，开发了“时空协同溶剂”和“镧系离子置换”等新型工艺，实现了低磁场大面积高取向制膜。经过几十种工艺探索，数百次参数调试和上万批性能检测，他们最终建成了从材料合成、加工，到磁场成膜、收卷的自动化生产线。这条生产线的建成，标志着他们的磁取向有机-无机复合离子交换膜，正式具备了规模化供应能力，完成了从“科研成果”到“产业应用”的关键跨越。

刘鑫团队的创新，始终致力于在离子交换膜领域实现“自主创新和国际破局”。他们开发的磁取向有机-无机复合膜，是一条不同于西方传统技术的特色创新道路。其核心优势在于：高性能：磁取向构建的短路径无曲折通道，显著提升了离子电导率，使组装出的燃料电池在权威检测中达到国际领先的性能水平;可定制：通过改变无机填料的种类和功能化修饰，可以有针对性地提升膜在低湿度下的保水性、对特定离子的选择性等，满足氢燃料电池、电解水制氢、液流电池等不同应用场景的苛刻要求;潜力大：随有机-无机配方的不断改进，以及磁场技术的进步，复合膜的性能与成本优势有望不断放大，实现在膜材料领域中的断层领先。

经过不懈努力，刘鑫牵头天津大学与中国长江三峡集团有限公司、万华化学集团股份有限公司等龙头企业联合攻关的有机-无机复合离子交换膜材料与技术成功获得自主知识产权，同时进行了国家科技部授权机构的成果鉴定，得到“整体国际先进，部分国际领先”的鉴定结论。现如今，自主创新结出的硕果，迅速获得了国内外的广泛认可。刘鑫团队开发的离子交换膜及相关成果，在2024年、2025年获得中国发明协会发明创业奖、中国科技产业化促进会科学技术奖，并连续斩获日内瓦、美国硅谷、金砖国家、莫斯科阿基米德等全球顶级发明展的金奖。在实际应用中，磁取向复合离子交换膜已开始替代进口产品，为企业带来了可观的经济效益。这意味着，在清洁能源的核心材料战场上，中国不仅打破了封锁，更开始凭借原创技术参与国际竞争，争夺行业话语权。

从实验室的机理探索，到中试线的技术攻坚，再到生产端的批量制造，最终实现企业的应用转化与价值创造，刘鑫团队构建了“创新开发-规模制备-产品应用”的完整闭环。他们正是通过在一个关键“点”上的深度创新，支撑起氢能产业链这个“面”的自主可控，进而服务于国家“双碳”战略的宏大目标，是发展能源领域“新质生产力”的生动实践。

立德树人培育英才

在勇攀科研高峰的同时，刘鑫始终铭记着作为一名高校教师“立德树人”的根本使命。为了培养下一代的创新力量，将知识、方法与精神传承下去，通过天津大学“学生研究与实践训练计划”(SRPT)等项目，让学生亲身感受科研一线工作中思路提出、实验设计、数据分析、优化反馈的完整流程。他不仅传授专业知识，更注重培养学生的科学思维、批判精神和对挑战性问题的热情，让实验室成为创新人才的早期摇篮。

他的育人视野超越了校园围墙，直指国家产业的人才需求。刘鑫主动充当桥梁，主持多项教育部“产学合作协同育人”和“供需对接就业育人”项目。他频繁深入能源、化工、材料领域的企业进行技术交流，将最新研究成果带到生产一线，培训企业工程技术人员数千人。同时，通过他的直接推动和对接，促成本硕博300余名学生进入新能源、新材料企业，实现了人才培养与产业需求的“无缝衔接”。

刘鑫的科研征程，是一位当代中国青年科学家将个人理想融入国家需求的缩影。他用自己的行动证明，真正的创新，是敢于在最基础、最艰难、最被“卡脖子”的地方扎根;真正的破局，是能让科研成果走出论文，转化为实实在在的生产力和竞争力。

站在了新的起点，刘鑫和团队将继续奔向“双碳”目标的星辰大海中，为我国乃至全球的能源革命，注入源源不断的“中国智慧”与“中国力量”。(天津大学：苗燕)