【执着“钠”十年 钠离子电池迎来“破晓”】“如果失败了呢?”

“成与不成,这辈子只干这一件事。”

当众多人聚焦锂离子电池的时候,他把目光转向了“冷门”的钠离子电池,这“一眼”就是10年,也是这“一眼”打开了钠离子电池产业化的大门。此时的胡勇胜,不仅是中国科学院物理研究所研究员,还是中科海钠的创始人。

不久前,中科海钠生产的全球首款具备自主知识产权的钠离子电池实现量产,目前电芯产能可达30万只/月。

全球首辆钠离子电池低速电动车亮相中科院物理所九十周年所庆 胡勇胜供图

从“一枝独秀”到“珠联璧合”

历经200余年的电池在新一轮能源革命中迎来“大浪淘沙”。二十世纪九十年代,在众多二次电池中,锂离子电池率先抓住机遇强劲发展。

据中关村储能产业技术联盟2019年统计数据显示:在全球电化学规模储能示范项目中,锂离子电池的占比高达80%。

然而锂离子电池却面临无法回避的“天花板”。“在二次电池中,锂离子电池的性能虽是最好,但锂资源的储量有限,且70%分布在南美洲,而目前我国80%锂资源依赖进口。锂离子电池难以兼顾电动汽车和电网储能两大产业。”胡勇胜告诉《中国科学报》。

“一枝独秀”的锂离子电池已无法全面改变传统能源结构,“百花齐放”的二次电池中,替代或补充锂离子电池的储能技术成为国际新能源技术的竞争热点。

不仅如此,曾经的“主力队员”铅酸电池因其不可避免的环境污染及无法满足新国标标准面临“退役”问题,2019年4 月,《电动自行车安全技术规范》强制性国家标准规定电动自行车的整车质量(含电池)不高于55kg,但目前市场上铅酸电池电动自行车重量普遍超70kg。

“目前碳酸锂大概4万元/吨,如果用锂离子电池替代铅酸电池,电动自行车的成本将大幅上涨。而碳酸钠平均仅有2千元/吨,用钠离子电池替代铅酸电池的优势显而易见。”胡勇胜告诉记者。

在胡勇胜看来,钠离子电池具备低成本、长寿命和高安全性能等优势,不仅能在一定程度上成为锂离子电池的补充,缓解锂资源短缺的问题,还能逐步替代环境污染严重的铅酸电池,保证国家能源安全和社会可持续发展。

值得一提的是,钠离子电池巨大的储能市场还包括光伏、风能等新能源接入储存系统。据了解,2018年我国弃光、弃风、弃水电量共计1022亿度电。胡勇胜指出:“储能是智能电网的重要环节,钠离子电池因其成本及资源优势将在大规模储能市场中大有作为。”

“此外,钠离子电池凭借其诸多优势还有望在低速电动车、电动船、数据中心、通讯基站、家庭/工业储能领域快速发展。”胡勇胜表示。

中科院物理所和中科海钠设计制造的全球首辆钠离子电池低速电动车 胡勇胜供图

“要做用户最需要的”

近年来,国际领域纷纷加码钠离子电池研发。2020年,美国能源部明确将钠离子电池作为储能电池的发展体系;欧盟储能计划“电池2030”项目将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位。

实际上,在胡勇胜团队开展钠离子电池研究时,虽然钠离子电池不是热门领域,但已有其他团队在研究,但胡勇胜给自己定了“做科研就要做用得上的研究,做用户最需要的钠离子电池”的目标。

“我们要做老百姓能买得起的低成本、高安全的电池。”为此,降低电池正负极材料成本成为胡勇胜团队首先思考的重要课题。实际上,目前锂离子电池常用的活性元素是Ni和Co,但成本较高,能否找到又有活性成本又低的元素替代呢?通过不断的研究,胡勇胜团队惊喜地发现Cu在钠离子电池中不但具有活性,而且成本只有Co的1/4和Ni的1/2,正是替代Ni和Co的“完美”元素,经过多年的探索,胡勇胜团队最终成功研制出Cu基钠离子层状氧化物正级材料。

挑战接踵而至,能否降低钠离子电池负极材料成本呢?“当时,石墨作为成熟的锂离子电池负极材料却几乎不具备储钠能力;无定形硬碳是众多研究的焦点,但价格较高。通过对碳源前驱体进行调研,我们发现无烟煤的成本平均1800元/吨,如果用无烟煤制备无定形碳负极材料将有利于大幅降低电池成本。基于这样的考虑,我们立即开始实验,最终研制出了无烟煤基钠离子电池负极材料。”胡勇胜回忆道。

在团队成员、中科院物理所副研究员陆雅翔看来,成功降低钠离子电池成本的关键在于敢于另辟蹊径、大胆创新。“在当时,国内外对钠离子电池的研究主要集中于借鉴锂离子电池的研发思路,所以迟迟没有突破性的进展,我们没有跟随大家的脚步,而是另辟蹊径,大胆尝试,挑战别人忽视的、认为不可能的道路。”

在攻克钠离子电池正负极材料成本问题后,胡勇胜团队继续深入挖掘钠离子电池的其他优势,发现钠离子电池不仅拥有更好的安全性,在遇到零下40度的低温时,钠离子电池汽车还能释放80%的电量,比锂离子电池汽车更加“耐寒”。“此外,钠离子电池汽车充电速度更快,仅需20分钟,接下来将挑战10分钟的充电速度。”胡勇胜告诉记者。

对于电池制备而言,建立完整的生产线不仅重要而且投资巨大,值得一提的是,钠离子电池可以直接使用锂离子电池的生产线,无需重建。“不久前,我们使用锂离子电池生产线生产了8万支钠离子电池。正因为可以直接使用锂离子电池的生产线,钠离子电池市场化的速度将更快,可以站在前人的‘肩膀’上,我们也无比感激。“胡勇胜表示。

目前,胡勇胜团队在钠离子电池正负极材料、电解液等关键材料体系和电芯制造、装配工艺等工程技术上都已具备完全自主研发能力,产品核心专利已获得中国、美国、欧盟等多个国家和地区的授权。

中科院物理所和中科海钠设计制造的全球首座百千瓦时钠离子电池储能电站 胡勇胜供图

眼前有产业 脚下有科研

实际上,胡勇胜与物理所的缘分已有20年。2001年,胡勇胜便来到物理所攻读博士学位,师从陈立泉院士,也正是这一份师生谊改变了胡勇胜未来的职业生涯。

博士毕业后,胡勇胜先后到德国和美国进修,就在完成学业之时,陈立泉联系胡勇胜,希望他能回到物理所工作。

“我毫不犹豫地就回来了,因为我的导师和团队凝聚力。陈老师始终心系国家能源安全,从长远出发推动电动中国梦想的实现,不畏困难,敢于挑战,这种家国情怀和科研精神令我敬佩。此外,陈老师满心栽培学生,他带领下的团队有激情、有梦想、有情怀,我非常喜欢团队的科研氛围。”胡勇胜回忆道。

在当时,团队成员都为自己设定了研究方向和目标,“做用户最需要的钠离子电池,这辈子只做这一件事”正是胡勇胜为自己定的目标。

“当时国内的科研条件随着国家的发展有了很大的改善,此外,中科院也提供了很好的科研平台和转化平台,作为科研人员,如果我们还不能做出点成绩,就真的太对不起国家,对不起老师了。”胡勇胜坦言,“实际上,我也想过可能失败,但如果大家都在观望一个领域时,它可能是机遇,如果大家都已经开始做了,可能它就不再是机会了。”

树立目标容易,将目标变成现实并非易事。付诸实践的头几年,是胡勇胜最困难也最难忘的时光。“由于国际上关于钠离子电池的研发并没有实质性进展,很多要从零开始。那些年,我们每天都在挖空心思地研究钠离子电池技术,’早晨捧着希望来,晚上带着失望归是常态,那是研发最困苦的时期,也是我最安静思考且难忘的时光,这为钠离子电池成功研发奠定了坚实的基础。”胡勇胜回忆时感慨道。

在胡勇胜看来,产业化与做科研完全不同,“基础研究强调前沿性,而产业化要做以用户为导向和市场需要的产品,不能为了新而新。此外,实验室研究阶段很多问题是看不见的,而当进入工程化阶段后,要保证产品的一致性和稳定性是很有挑战的事情。”

酒香也怕巷子深,寻找投资人和合作者,为科研成果注入转化资本,是每个科研成果转化征程中的必经且不易之路。产业化初期,出差作报告、谈合作、找厂家是胡勇胜的常态,为此他幽默地说道:“那些年,我不是在出差,就是在出差的路上。”

在陆雅翔看来,不管再忙,胡勇胜都会“挤”时间思考电池的技术研究,跟团队探讨灵感和难点,“胡老师总有用不完的精力,即使再忙他都会利用零碎的时间阅读最新文献,关注科研最新动态,思考问题的解决方案,这种勤奋和科研热情也激励着团队。”

随着钠离子电池产品的优越性能和低廉成本逐渐被国内外所认可,胡勇胜也从最初的主动找合作,转变为越来越的合作“找上门”,产业化的“羊肠小道”逐渐走成了“康庄大道”。

十年磨一剑,今年,是胡勇胜团队深耕钠离子电池的第10年,也是中科海钠市场化的“破晓”之刻,他对未来充满了期待,期待钠离子电池走进寻常百姓家,期待钠离子电池成为守护国家能源安全的“主力军”,“但科研是产业化的基础,在带领团队产业化的同时,还必须潜心科研,为钠离子电池实现充电更快、能量密度更大、安全性更高、成本更低的未来夯实基础。“

“高山仰止,景行行止,虽不能至,然心向往之。“胡勇胜感慨道。

大叔说:烟波钓叟歌,《烟波钓叟歌》是北宋通人所作,后经明朝罗通增删修改。世间有关奇门遁甲的文献甚多,而此书是一部纲领性著作,遁甲术之大要,己尽包其中;若能熟读细玩,参透要旨,实为掌握奇门一术的捷径。
阴阳顺逆妙难穷,二至还归一九宫,若能了达阴阳理,天地都在一掌中,(大体概括)
轩辕黄帝战蚩尤,涿鹿经年苦未休,偶梦天神授符诀,登坛致祭谨虔修,(传说时期)
神龙负图岀洛水,彩凤衔书碧云里,因命风后演成文,遁甲奇门从此始,(梦境时事)
一千八十当时制,太公删成七十二,逮于汉代张子房,一十八局为精艺,(历史时期)
先须掌上排九宫,纵横十五在其中,次将八卦分八节,一气统三为正宗,(宫卦节气)
阴阳二遁分顺逆,一气三元人莫测,五日都来换一元,接气超神为准则,(接气超神)
认取九宫分九星,八门又逐九宫行,九宫逢甲为值符,八门值使自分明,(九星八门)
符上之门为值使,十时一易堪凭据,值符常遣加时干,值使顺逆遁宫去,(星门排法)
六甲元号六仪名,三奇即是乙丙丁,阳遁顺仪奇逆布,阴遁逆仪奇顺行,(奇仪排法)
吉门偶尔合三奇,值此经云百事宜,更合从傍加检点,余宫不可有微疵,(门奇合宜)
三奇得使诚堪使,六甲遇之非小补,乙逢犬马丙鼠猴,六丁玉女骑龙虎,(三奇得使)
又有三奇游六仪,号为玉女守门扉,若作阴私和合事,请君但向此中推,(奇游六仪)
天三门兮地四户,问君此法如何处,太冲小吉与从魁,此是天门私出路,(天门地户)
地户除危定与开,举事皆从此中去,六合太阴太常君,三辰元是地私门,(三地私门)
更得奇门相照耀,岀行百事总欣欣,太冲天马最为贵,猝然有难宜逃避,(太冲天马)
但能乘驭天马行,剑戟如山不足畏,三为生气五为死,胜在三兮衰在五,(三吉五凶)
能识游三避五时,造化真机须记取,就中伏吟为最凶,天蓬加临地天蓬,(星反伏吟)
天蓬若到天英上,须知即是反吟宫,八门反伏皆如此,生在生兮死在死,(门反伏吟)
就是凶宿得奇门,万事皆凶不堪使,六仪击刑何太凶,甲子直符愁向东,(六仪击刑)
戌刑未上申刑虎,寅巳辰辰午刑午,三奇入墓宜细推,甲日那堪入坤宫,(甲入坤宫)
丙奇属火火墓戌,此时诸事不宜为,更兼六乙来临二,丁奇临八亦同论,(三奇入墓)
又有时干入墓宫,课中时下忌相逢,戊戌壬辰兼丙戌,癸未丁丑亦同凶,(时干入墓)
五不遇时龙不精,号为日月损光明,时干来克日干上,甲日须知时忌庚,(五不遇时)
奇与门兮共太阴,三般难得共加临,若还得二亦为吉,举措行藏必遂心,(奇门神吉)
更得值符直使利,兵家用事最为贵,常从此地击其冲,百战百胜君须记,(星门击冲)
天乙之神所在宫,大将宜居击对冲,假令值符居离位,天英坐取击天蓬,(天乙击冲)
甲乙丙丁戊阳时,神人天上报君知,坐击须凭天上奇,阴时地下亦如此,(阴阳干时)
若见三奇在五阳,偏宜为客是高强,忽然逢着五阴位,又宜为主好裁详,(阴阳三奇)
值符前三六合位,太阴之神在前二,后一宫中为九天,后二之神为九地,(八神排布)
九天之上好扬兵,九地潜藏可立营,伏兵但向太阴位,若逢六合利逃形,(八神宜忌)
天地人分三遁名,天遁日精华盖临,地遁月精紫云蔽,人遁当知是太阴,(首要三遁)
生门六丙合六丁,此为天遁自分明,开门六乙合六己,地遁如斯而已矣,(三遁组合)
休门六丁共太阴,欲求人遁无过此,要知三遁何所宜,藏形遁迹斯为美,(三遁宜忌)
庚为太白丙荧惑,庚丙相加谁会得,六庚加丙白入荧,六丙加庚荧入白,(庚丙丙庚)
白入荧兮贼即来,荧入白兮贼即去,丙为悖兮庚为格,格则不通悖乱逆,(丙悖庚格)
天丙加地庚为勃,天庚加地癸为格,丙加天乙为伏逆,天乙加丙为飞悖,(伏逆飞悖)
庚加日干为伏干,日干加庚飞干格,加一宫兮战在野,同一宫兮战于国,(伏干飞干)
庚加值符天乙伏,值符加庚天乙飞,庚加癸兮为大格,加己为刑最不宜,(伏飞格刑)
加壬之时为上格,又嫌年月日时逢,更有一般奇格者,六庚谨勿加三奇,(上格奇格)
此时若也行兵去,匹马只轮无返期,六癸加丁蛇夭蹻,六丁加癸雀投江,(癸丁丁癸)
六乙加辛龙逃走,六辛加乙虎猖狂,请观四者是凶神,百事逢之莫措手,(四神凶格)
丙加甲兮鸟跌穴,甲加丙兮龙返首,只此二者是吉神,为事如意十八九,(丙甲吉神)
八门若遇开休生,诸事逢之皆称情,伤宜捕猎终须获,杜好邀遮及隐形,(吉门称情)
景上投书并破阵,惊能擒讼有声名,若问死门何所主,只宜吊死与行刑,(八门所宜)
蓬任冲辅禽阳星,英芮柱心阴宿名,辅禽心星为上吉,冲任小吉未全亨,(阴阳吉星)
大凶蓬芮不堪使,小凶英柱不精明,小凶无气变为吉,大凶无气却平平,(凶星转化)
吉宿更能逢旺相,万举万全必成功,若遇休囚并废没,劝君不必走前程,(九星旺衰)
要识九星配五行,须求八卦考羲经,坎蓬水星离英火,中宫坤艮土为营,(九星五行)
乾兑为金震巽木,旺相休囚看重轻,与我同行即为相,我生之月诚为旺,(旺相休囚)
废于父母休于财,囚于鬼兮真不妄,假令水宿号天蓬,相在初冬与仲冬,(天蓬旺相)
旺于正二休四五,其余仿此自研穷,急则从神缓从门,三五反复天道亨,(神门三五)
十干加伏若加错,入墓休囚吉事危,十精为使用为贵,起宫天乙用无遗,(十干十精)
天目为客地耳主,六甲推兮无差理,劝君莫失此玄机,洞彻九宫辅明主,(天客地主)
宫制其门不为迫,门制其宫是迫雄,天网四张无走路,一二网低有路踪,(宫门天网)
三至四宫难回避,八九高张任西东,节气推移时候定,阴阳顺逆要精通,(三四八九)
三元积数成六纪,天地未成有一理,请观歌里真妙诀,非是真贤莫传与。(三元六纪)

气 我感觉自己是被毕设和文献翻译轮着虐的家里蹲大四可怜卑微求毕业 天天一早醒来脑子里就是今日又要肝肝肝折腾完一天后起伴着没写完的悲伤入眠day by day 我的蛋挞到了啊啊啊我的青团也到了啊啊啊我好想动手做起来吃呜呜呜[泪][泪]新东方大厨进修之路全是论文boss怪打到我没血
今晚,tonight,我要反抗!我要崛起!!我要自由!!! 我要爆肝文献翻译区区一万字奈我何!奈我何! 啊嗷嗷嗷这天杀的破文献 西奈啊西奈西奈


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