【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。

#脊椎健康# #颈椎病[超话]# #颈椎病怎么办[超话]# #交感型颈椎病# #健康# #医学科普# 老师我很害怕,我的颈椎病要手术吗?会不会瘫痪?
患者:我把我要说的病情情况和得此病经过跟您说一下!我是做IT行业的,平面设计,自己开了一个小 店,在武汉,今年是第六年了,一般情况是我一个人在店里长期对着电脑,可能姿势不对的原因(现在姿 势都调过来了,人也少对电脑了),造成得了这个颈椎病,头两年的时候还不觉得严重,有时候脖子僵硬 和疼的时候到我们附近的按摩店按按就缓解了一下,过两个星期又开始不舒服,又去按,又会缓解会,其 间吃过中药,贴过膏药,信过迷信,吃过大医院的西药,就这样一年年过去,我也还是一个人在店里做设 计,接活。到去年刚把房子买了,车也买了,本想着说娶个媳妇,以后可以过点顺心的好日子,哪知年底 的时候就出现腿有点不得劲,左边和右边走路有点不一样,说不出的感觉,(左腿用力的时候有力),开 始还没在意,以为是受凉冻着了,(注:直至现在我也不太清楚我的病情,要说颈椎那肯定是有的,而我 属于哪类的颈椎呢?我百度查查好像和脊髓型相似,但前两天看您的说说,说好像有的人脊髓型的一辈子 都不会有症状或症状很轻微的,我像稍松一口气)
从去年元月至今天,腿出现腿时间踩棉感两次(踩棉感 是我百度上查的,感觉和我的情况一样,就是脚尖怕踩地,踩地就酸麻)。而后,去同济看了三次(三个 专家,拍了磁共振,就是之前我发给您看的片子),专家分别是两个骨科,一个神经内科的,骨科有一个 说的要动手术,但有点含糊其词,没等细问,专家就开了点药说下一个,第二个骨科专家,他就让我平躺,敲敲腿关节,然后就说不要有心理负担,开了点 中西药(甲钴铵片,维生素B1,西比灵,活血止痛的药),另外一个神经内科的专家开的药差不多,就多 了一个打针的药15支,这个药1400多元,我当时没拿,其他的药都在吃,快吃完了,配合着做理疗在,( 就是一个师傅在我身上用钛金仪器推背,推颈,头,然后拔罐)现在感觉踩棉感没出来了,人轻松了些, 胳膊没事,双臂有力,脖子左边还像有什么牵着在,老想摇头,摇头脖子里面会响,偶尔一两次,会摇到 骨头一样,很不舒服,现在都是在轻动脖子。我妈说现在脖子后面的肉少些了,脖子像有点肌力了,不像 之前肉一抓一把,当然我每天在江边慢跑慢走40分钟,做做操,泡泡脚。这就是我现在的现状。

过个把月就要结婚办酒了,我媳妇怀宝宝了,我心里还是没有底,到底该怎么办?

1、您看我的磁共振影像,我是属于脊髓型颈椎吗?
2、我的颈椎间盘突出严重吗?能否避免它再加重突出?
3、我这种情况,能按摩吗?如果是理疗或按摩您建议我该怎么理疗?
4、我要不要带颈椎围领?
5、如果是脊髓型颈椎,我吃药是否都没什么用?
6、我只拍过一次片子,当时同济的骨科专家要我再拍个腰部的片子,我现在还没拍,前几天腰有点疼, 我贴了两三贴膏药好了(我之前都没有腰疼的毛病),要不要再拍腰部的片子呢?还有颈部和头部的片子 我要不要再拍个,确定下,(之前感觉后脑勺偏左边点,感觉不通一样,硬硬的,老想用手去捏捏,捏了 捏又会舒服些。所以想着要不要拍头部片子)?
7、平常我应该锻炼吗?您的顶顶佳对我还有用吗?我颈椎轻度反弓(片子上这么说的)
8、针对我这个情况,我现在要不要到北京上海等知名医院做系统核查,看病?
9、现在能吃能睡,也不怎么影响工作?我下一步该如何治疗?

1,你的核磁共振比较严重,之前我也给你电话分析了你的病情 属于准脊髓型,现在只是症状不是非常明显,但是你这辈子肯定需要手术。
2,突出不是非常大,主要是因为椎管小脊髓又粗,目前不好说,注意不要外伤


3.千万不要去按摩手法,这个可能导致脊髓损伤,对你这种情况很危险 。
4,目前不需要带
5,脊髓型吃药是没有用的,顶多吃些营养神神经的。
6,如果没有下肢症状,比如麻,就不需要拍, 颈椎也不需要拍了,你的情况已经很明确。
7,可以放放风筝,不要剧烈运动如跑步,不要乱做保健操,顶顶佳可以试试,最好在我的指导下使用,不管是手术还是不手术,你手术后期一样要锻炼。
8,不需要去了,如果出现走路不稳,踩棉花敢,还有上不了楼梯,建议手术治疗。
9,目前还是以预防为主,注意外伤,现在症状还是不明显,可以不必急着手术,非要手术也可以。片子已经达到了。

【设计心里】小酌酒器设计最初,中国传统的品酒氛围,小酌为雅趣上选,不买醉,非酗酒,有酒助兴,小酌微醺,可见知己,可遇红颜。在纷繁之中,迷醉之间,于己于他,都留一份酣纯的时间,可说不可说之间,一吐为快之际,无言相对也罢.小酌的情调,在当下的光影骤变的生活里,希望给你我一处情绪的妥帖安放。
【造型灵感】宋代酒馆里,酒保繁忙的穿梭与席间,发髻的布包很有时代的印象,生动跳跃,充满烟火气.杯子影像酒保的模样,小巧而精神的站里在你我对酒当歌之间.也是一种拟人化的倾听.独饮时,且当一位倾听的对象,也是意味独特的体验#酒#


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