中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：今年年初，全國(guó)頭部動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)——超威電源集團(tuán)在兩江新區(qū)注冊(cè)成立重慶超威鎂儲(chǔ)能研究院有限公司，開發(fā)鎂電池商業(yè)化產(chǎn)品。
是什么吸引動(dòng)力電池頭部企業(yè)來(lái)渝布局？
原來(lái)，中國(guó)工程院院士、重慶大學(xué)教授潘復(fù)生帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，依托重慶大學(xué)國(guó)家鎂合金工程技術(shù)研究中心，攻關(guān)鎂電池的技術(shù)。如今，該研究中心已擁有世界上最大的鎂電池研究團(tuán)隊(duì)，在相關(guān)技術(shù)的研發(fā)上，處于全球領(lǐng)先地位。2022年，該團(tuán)隊(duì)“鎂離子電池”拿下了全球鎂行業(yè)首個(gè)“未來(lái)技術(shù)獎(jiǎng)”。
制成全球首款安時(shí)級(jí)鎂電池電芯
隨著新能源汽車、手機(jī)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，電池已經(jīng)成為我們生活中的必需品。但是，鋰電池也存在資源短缺、成本高、安全性等問(wèn)題。
為此，全球都在尋找新一代高效環(huán)保安全的電池，像氫燃料電池、硫系全固態(tài)電池、鈉離子電池等，都進(jìn)入科學(xué)家的探索目錄中。
選擇鎂電池的路線，潘復(fù)生團(tuán)隊(duì)有足夠的理由。
潘復(fù)生介紹，鎂電池體積理論能量密度和鋰電池相當(dāng)，但我國(guó)鎂資源豐富，占到全球的70%，且鎂成本只有鋰的2%—4%。在環(huán)保方面，2015年之后，鎂在冶煉、制造、應(yīng)用及回收過(guò)程中，污染排放都小于鋁合金，已經(jīng)成為先進(jìn)綠色材料。
同時(shí)，鎂材料具有較為穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，其熔點(diǎn)高達(dá)651℃，不易發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)。
“一旦技術(shù)突破，鎂電池將成為電池工業(yè)的顛覆性革命，市場(chǎng)可達(dá)萬(wàn)億元以上?！迸藦?fù)生說(shuō)。
其實(shí)，鎂電池研發(fā)在發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)也得到足夠重視。
歐盟把鎂電池明確為重點(diǎn)研究項(xiàng)目；美國(guó)能源部也支持一批著名研究單位，介入鎂電池研究；日本電池行業(yè)更是認(rèn)為，鎂電池可能成為鋰電池的顛覆者。
因此，重慶即便入局鎂電池研發(fā)，也需與時(shí)間賽跑，盡快獲得實(shí)質(zhì)性成果。
潘復(fù)生團(tuán)隊(duì)核心成員，重慶大學(xué)分析測(cè)試中心主任、儲(chǔ)能研究院副院長(zhǎng)周小元介紹，電池主要由三部分組成：正極、負(fù)極和電解液。想要在鎂電池上實(shí)現(xiàn)突破，就必須從這三個(gè)方面發(fā)力，分別找到相匹配的材料。
她舉例說(shuō)，鋰電池有現(xiàn)在的技術(shù)突破，很大程度上要?dú)w功于業(yè)界找到了它的正極材料“磷酸鐵鋰”。而鎂電池的正極材料在業(yè)界沒有可參考性，團(tuán)隊(duì)只有憑借自己的經(jīng)驗(yàn)探索試驗(yàn)。“我們要先做紐扣鎂電池，做出來(lái)的樣品基本可以堆滿一個(gè)正常的衣柜?！?
經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)攻關(guān)，潘復(fù)生團(tuán)隊(duì)基本掌握了鎂電池的正極、負(fù)極、電解液三部分材料，也成功實(shí)現(xiàn)這些關(guān)鍵材料的批量試制。2021年，該團(tuán)隊(duì)制成全球首款安時(shí)級(jí)鎂電池電芯，標(biāo)志著鎂電池從理論成為了現(xiàn)實(shí)。
2022年，在西班牙巴塞羅那舉行的第79屆世界鎂業(yè)大會(huì)上，潘復(fù)生團(tuán)隊(duì)“鎂離子電池”項(xiàng)目榮獲2022年國(guó)際“鎂未來(lái)技術(shù)獎(jiǎng)”。這是全球鎂行業(yè)首個(gè)的“未來(lái)技術(shù)獎(jiǎng)”，也代表鎂電池技術(shù)獲得了全球?qū)用娴恼J(rèn)可。
讓鎂電池盡快實(shí)現(xiàn)商用
“安時(shí)級(jí)鎂電池電芯的出現(xiàn)，意味著鎂電池已經(jīng)具備作為動(dòng)力電池商用的可能?！敝苄≡f(shuō)，如今鎂電池的性能基本達(dá)到磷酸鐵鋰電池的水平，至于取代鋰電池，還需要進(jìn)一步的技術(shù)研究。
在研發(fā)進(jìn)度上，潘復(fù)生團(tuán)隊(duì)步步為營(yíng)，已掌握了多項(xiàng)鎂電池技術(shù)。
比如鎂空氣電池，它是一種清潔、安全、高效的新型能源電池，可為電視、照明燈、便攜電腦、手機(jī)等設(shè)備供電。目前，潘復(fù)生團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了相關(guān)企業(yè)合作，將開始批量生產(chǎn)這種電池。
再如鎂海水激活電池，它可以直接利用海水，將金屬鎂的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，具有能量密度高、安全性好、可進(jìn)行全海深工作的優(yōu)點(diǎn)，在深海著陸器、深海原位實(shí)驗(yàn)站等海洋裝備領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
什么時(shí)候能夠在新能源汽車上看到鎂電池？周小元的回答是：尚需時(shí)日。
她說(shuō)，電池體積每增加一倍，其技術(shù)難度則要呈幾何倍地增加。這就好比傳統(tǒng)家用的鋰電池，因?yàn)槠潴w積小，幾十年前就已經(jīng)普及了。但新能源汽車使用的鋰電池，其體積大、密度也高，也是近幾年有了技術(shù)突破才實(shí)現(xiàn)運(yùn)用。
目前，潘復(fù)生團(tuán)隊(duì)掌握的鎂電池技術(shù)處于小試階段，后續(xù)必須要通過(guò)中試、大試后，才能應(yīng)用在新能源汽車上。
在此背景下，由重慶大學(xué)與兩江新區(qū)共建的重慶新型儲(chǔ)能材料與裝備研究院（以下簡(jiǎn)稱儲(chǔ)能研究院）應(yīng)運(yùn)而生。該研究院瞄準(zhǔn)國(guó)家能源戰(zhàn)略和能源轉(zhuǎn)型前沿技術(shù)，聚焦科技成果轉(zhuǎn)化，目標(biāo)是建成世界最大的新型儲(chǔ)能材料與裝備研究院。
周小元介紹，一項(xiàng)重要的技術(shù)，想要最終轉(zhuǎn)化為成果不是一件容易的事，僅靠科研團(tuán)隊(duì)很難實(shí)現(xiàn)這一目的。重慶儲(chǔ)能研究院的成立，則能讓更多企業(yè)加入成果轉(zhuǎn)化中來(lái)，從而加速讓鎂電池走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)商用。
超威電源集團(tuán)在重慶的落子，就是一個(gè)典型案例。據(jù)了解，超威電源集團(tuán)在重慶布局后，將會(huì)和儲(chǔ)能研究院攜手，建設(shè)鎂電池的研發(fā)平臺(tái)和中試產(chǎn)線，逐步開發(fā)鎂電池商業(yè)化產(chǎn)品，并擬在電動(dòng)自行車上試用鎂電池產(chǎn)品。
讓“鎂”的科技樹開枝散葉
潘復(fù)生團(tuán)隊(duì)掌握的不止是鎂電池，還有一系列“鎂技術(shù)”。
以鎂合金為例，其密度比鋁合金低1/3，是更好的輕量化材料。如今，鎂合金產(chǎn)品已經(jīng)廣泛運(yùn)用在全球數(shù)千萬(wàn)輛汽車中，在節(jié)能減排方面發(fā)揮了重要作用。
而重慶大學(xué)國(guó)家鎂合金工程技術(shù)研究中心是目前世界上最大的鎂合金研究平臺(tái)，多項(xiàng)鎂合金技術(shù)在世界上有重要的話語(yǔ)權(quán)。
在該中心的助力下，潘復(fù)生團(tuán)隊(duì)聯(lián)合寶武鎂業(yè)、重慶鎂利信等單位研制，目前試制出了一體化車身鑄件和新能源車電池箱蓋兩個(gè)鎂合金超大汽車壓鑄結(jié)構(gòu)件，投影面積均大于2.2平方米，是目前世界同類產(chǎn)品中最大的鎂合金汽車壓鑄結(jié)構(gòu)件。
這兩款鑄件與常用的同類鋁合金鑄件相比，力學(xué)性能相當(dāng)，減重32％，展現(xiàn)出巨大的輕量化應(yīng)用前景。為此，鎂合金超大鑄件節(jié)能構(gòu)件入選2023年重慶“十大科技進(jìn)展”目錄中。
在“鎂儲(chǔ)氫”上，潘復(fù)生團(tuán)隊(duì)也取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。
據(jù)了解，傳統(tǒng)的氫氣儲(chǔ)存方式依賴于高壓氣罐，存在安全隱患，而鎂的固態(tài)屬性有望實(shí)現(xiàn)高壓低溫向常溫常壓的轉(zhuǎn)變，從而解決氫能戰(zhàn)略實(shí)施過(guò)程中的瓶頸問(wèn)題。
目前，儲(chǔ)能研究院已經(jīng)研制出了工業(yè)級(jí)鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫材料與裝備，目前已與寶鋼金屬簽訂《低成本鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫》合作協(xié)議，目標(biāo)是2—5年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
潘復(fù)生表示，重慶在新型儲(chǔ)能材料和技術(shù)的研發(fā)方面具備技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在某些領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平，包括鎂電池材料、鎂儲(chǔ)氫材料以及新能源轉(zhuǎn)型的安全控制等。
同時(shí)，重慶還擁有國(guó)家級(jí)平臺(tái)和制造業(yè)基礎(chǔ)，這些都為儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了良好的條件。未來(lái)，重慶可以整合各方力量，推動(dòng)包括鎂電池、鎂儲(chǔ)氫材料等儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，讓“鎂”的科技樹開枝散葉，美不勝收。
