中國儲能網(wǎng)訊：今年年初，全國頭部動力電池生產(chǎn)企業(yè)——超威電源集團(tuán)在兩江新區(qū)注冊成立重慶超威鎂儲能研究院有限公司，開發(fā)鎂電池商業(yè)化產(chǎn)品。
是什么吸引動力電池頭部企業(yè)來渝布局？
原來，中國工程院院士、重慶大學(xué)教授潘復(fù)生帶領(lǐng)的團(tuán)隊，依托重慶大學(xué)國家鎂合金工程技術(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，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“鎂離子電池”拿下了全球鎂行業(yè)首個“未來技術(shù)獎”。
制成全球首款安時級鎂電池電芯
隨著新能源汽車、手機、計算機等技術(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，鎂材料具有較為穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，其熔點高達(dá)651℃，不易發(fā)生爆炸等危險。
“一旦技術(shù)突破，鎂電池將成為電池工業(yè)的顛覆性革命，市場可達(dá)萬億元以上。”潘復(fù)生說。
其實，鎂電池研發(fā)在發(fā)達(dá)國家和地區(qū)也得到足夠重視。
歐盟把鎂電池明確為重點研究項目；美國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)，也需與時間賽跑，盡快獲得實質(zhì)性成果。
潘復(fù)生團(tuán)隊核心成員，重慶大學(xué)分析測試中心主任、儲能研究院副院長周小元介紹，電池主要由三部分組成：正極、負(fù)極和電解液。想要在鎂電池上實現(xiàn)突破，就必須從這三個方面發(fā)力，分別找到相匹配的材料。
她舉例說，鋰電池有現(xiàn)在的技術(shù)突破，很大程度上要歸功于業(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)隊只有憑借自己的經(jīng)驗探索試驗?！拔覀円茸黾~扣鎂電池，做出來的樣品基本可以堆滿一個正常的衣柜。”
經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)，潘復(fù)生團(tuán)隊基本掌握了鎂電池的正極、負(fù)極、電解液三部分材料，也成功實現(xiàn)這些關(guān)鍵材料的批量試制。2021年，該團(tuán)隊制成全球首款安時級鎂電池電芯，標(biāo)志著鎂電池從理論成為了現(xiàn)實。
2022年，在西班牙巴塞羅那舉行的第79屆世界鎂業(yè)大會上，潘復(fù)生團(tuán)隊“鎂離子電池”項目榮獲2022年國際“鎂未來技術(shù)獎”。這是全球鎂行業(yè)首個的“未來技術(shù)獎”，也代表鎂電池技術(shù)獲得了全球?qū)用娴恼J(rèn)可。
讓鎂電池盡快實現(xiàn)商用
“安時級鎂電池電芯的出現(xiàn)，意味著鎂電池已經(jīng)具備作為動力電池商用的可能?！敝苄≡f，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)隊步步為營，已掌握了多項鎂電池技術(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、手機等設(shè)備供電。目前，潘復(fù)生團(tuán)隊已經(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，在深海著陸器、深海原位實驗站等海洋裝備領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
什么時候能夠在新能源汽車上看到鎂電池？周小元的回答是：尚需時日。
她說，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，因為其體積小，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)突破才實現(xiàn)運用。
目前，潘復(fù)生團(tuán)隊掌握的鎂電池技術(shù)處于小試階段，后續(xù)必須要通過中試、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)共建的重慶新型儲能材料與裝備研究院（以下簡稱儲能研究院）應(yīng)運而生。該研究院瞄準(zhǔn)國家能源戰(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能材料與裝備研究院。
周小元介紹，一項重要的技術(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)隊很難實現(xiàn)這一目的。重慶儲能研究院的成立，則能讓更多企業(yè)加入成果轉(zhuǎn)化中來，從而加速讓鎂電池走出實驗室，實現(xiàn)商用。
超威電源集團(tuán)在重慶的落子，就是一個典型案例。據(jù)了解，超威電源集團(tuán)在重慶布局后，將會和儲能研究院攜手，建設(shè)鎂電池的研發(fā)平臺和中試產(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)廣泛運用在全球數(shù)千萬輛汽車中，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，多項鎂合金技術(shù)在世界上有重要的話語權(quán)。
在該中心的助力下，潘復(fù)生團(tuán)隊聯(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“鎂儲氫”上，潘復(fù)生團(tuán)隊也取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。
據(jù)了解，傳統(tǒng)的氫氣儲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)略實施過程中的瓶頸問題。
目前，儲能研究院已經(jīng)研制出了工業(yè)級鎂基固態(tài)儲氫材料與裝備，目前已與寶鋼金屬簽訂《低成本鎂基固態(tài)儲氫》合作協(xié)議，目標(biāo)是2—5年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
潘復(fù)生表示，重慶在新型儲能材料和技術(shù)的研發(fā)方面具備技術(shù)優(yōu)勢，在某些領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平，包括鎂電池材料、鎂儲氫材料以及新能源轉(zhuǎn)型的安全控制等。
同時，重慶還擁有國家級平臺和制造業(yè)基礎(chǔ)，這些都為儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了良好的條件。未來，重慶可以整合各方力量，推動包括鎂電池、鎂儲氫材料等儲能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，讓“鎂”的科技樹開枝散葉，美不勝收。
