萬(wàn)米深海，是連光線(xiàn)都難以穿透的永恒黑暗區(qū)，是能讓鋼筋鐵骨變成廢鐵的恐怖壓力場(chǎng)。在這片生命禁區(qū)里，為深海科考裝備提供動(dòng)力的“心臟”——高性能電源，一度是我國(guó)探索深海的“軟肋”。
“傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池？在萬(wàn)米深海，它就是個(gè)定時(shí)炸彈！”中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)青島能源所）固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心主任崔光磊直言不諱。電池殼體變形、電解液泄漏、性能直線(xiàn)下降……任何一個(gè)小故障，都可能讓價(jià)值連城的科考裝備毀于一旦，讓整個(gè)科考計(jì)劃泡湯。
然而，核心技術(shù)買(mǎi)不來(lái)、求不來(lái)、等不起。面對(duì)國(guó)家深海戰(zhàn)略的迫切需求，崔光磊帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)踏上了一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)十余年的科技“馬拉松”。他們練就了“深海心法”——“深懷使命、勇闖禁區(qū)、探極探深”的“深海聚能”精神，照亮了深海能源自主可控的道路，并延伸到了新能源汽車(chē)領(lǐng)域，開(kāi)啟了綠色能源的新篇章。
深海能源基站海試布放。
深懷使命：
國(guó)家的需要就是科研的方向
“深海聚能”精神，始于一份深沉的家國(guó)情懷與使命擔(dān)當(dāng)。
2009年，已在德國(guó)從事博士后研究多年的崔光磊，正處于個(gè)人科研生涯的上升期。優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件、清晰的學(xué)術(shù)路徑，一切都順風(fēng)順?biāo)Ｈ欢?，一次回?guó)探親的契機(jī)，他與青島能源所首任所長(zhǎng)王利生的一次會(huì)面，徹底改變了他的人生軌跡。
“那是一次關(guān)于未來(lái)的暢談。”崔光磊對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者回憶，王利生描繪了研究所聚焦國(guó)家能源戰(zhàn)略的藍(lán)圖，也坦承了在關(guān)鍵技術(shù)上“卡脖子”的困境。36歲的崔光磊被服務(wù)國(guó)家重大需求、白手起家創(chuàng)事業(yè)深深吸引了。同年，他舉家回國(guó)，成為青島能源所引進(jìn)的第一位新能源領(lǐng)域?qū)＜摇?/p>
此時(shí)，我國(guó)深海探測(cè)事業(yè)開(kāi)始向全海深邁進(jìn)，但動(dòng)力瓶頸卻如影隨形，難以突破。
“萬(wàn)米級(jí)深海電源技術(shù)被少數(shù)國(guó)家壟斷。高性能深海電源上，我們嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口?！贝薰饫谡f(shuō)，“別人不給，出天價(jià)，附加苛刻條件，我們就被扼住了咽喉，深海探索的主動(dòng)權(quán)無(wú)從談起?！?/p>
一切只能從零開(kāi)始。崔光磊迅速組建了一支兼具科學(xué)問(wèn)題探索與工程開(kāi)發(fā)能力的科研團(tuán)隊(duì)，并將目光投向了被視為下一代動(dòng)力電池終極方案的固態(tài)鋰電池——它從物理上摒棄了易燃、易爆的液態(tài)電解質(zhì)，從本質(zhì)上解決了安全難題，并擁有耐受極端環(huán)境的巨大潛力。
“國(guó)家的需要，就是我們科研的方向?！边@句話(huà)，在團(tuán)隊(duì)里從來(lái)不是一句掛在墻上的口號(hào)。他們深知，唯有將關(guān)鍵核心技術(shù)牢牢掌握在自己手中，才能徹底扭轉(zhuǎn)受制于人的局面，才能讓中國(guó)的深海科考裝備擁有一顆自主可控、強(qiáng)勁可靠的“中國(guó)芯”。
勇闖禁區(qū)：
在科研“無(wú)人區(qū)”里鑿出一條路
固態(tài)電池從實(shí)驗(yàn)室原理到工程化產(chǎn)品，橫亙著材料、界面、工藝等一系列世界級(jí)難題。就此，團(tuán)隊(duì)闖入了一片前路不明的“無(wú)人區(qū)”。
“那段時(shí)間，感覺(jué)每一步都像是在黑暗中摸索，不知道方向?qū)Σ粚?duì)，也不知道腳下的路能不能走得通?！眻F(tuán)隊(duì)骨干、青島能源所研究員董杉木坦言。
材料是團(tuán)隊(duì)遭遇的第一個(gè)“攔路虎”。
“深海的壓強(qiáng)非常大，海底1萬(wàn)米的壓強(qiáng)達(dá)到100兆帕，相當(dāng)于一噸重的物體放在指甲蓋上。這對(duì)電池材料的機(jī)械強(qiáng)度、電化學(xué)穩(wěn)定性提出了極其苛刻的要求。”崔光磊解釋。為尋找一種兼具高離子電導(dǎo)率和良好機(jī)械性能的固態(tài)電解質(zhì)材料，他帶著團(tuán)隊(duì)開(kāi)啟了漫長(zhǎng)而枯燥的篩選、合成、測(cè)試循環(huán)。
董杉木至今仍對(duì)那段日子記憶猶新。他帶領(lǐng)的材料合成小組負(fù)責(zé)一種關(guān)鍵高分子固態(tài)電解質(zhì)材料的合成與改性?！耙荒甓嗬铮姨焯炫菰趯?shí)驗(yàn)室，合成、純化、測(cè)試，失敗了上百次。有時(shí)候半夜想到一個(gè)可能的變量或靈感，都會(huì)立刻爬起來(lái)記在筆記本上，生怕第二天忘了。”
失敗在那段時(shí)間是常態(tài)?！坝袝r(shí)候感覺(jué)數(shù)據(jù)趨勢(shì)很好，快要成功了，下一次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果又把你狠狠地打回原形。”董杉木憋著一口氣，“崔老師常常跟我們說(shuō)，科研沒(méi)有捷徑，唯有‘十年磨一劍’的堅(jiān)韌和執(zhí)著。他告訴我們，在‘無(wú)人區(qū)’開(kāi)路，失敗是必然的，成功才是偶然的?！?/p>
轉(zhuǎn)機(jī)在無(wú)數(shù)次的失敗后悄然降臨。
一個(gè)凌晨，董杉木在分析海量測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)一組樣品在特定合成條件下，表現(xiàn)出異常優(yōu)異的綜合性能。疲憊一掃而空，他立刻反復(fù)驗(yàn)證、制備樣品，多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果都指向同一個(gè)令人振奮的結(jié)論。正是基于這次關(guān)鍵突破，團(tuán)隊(duì)最終成功制備出了符合要求的高分子固態(tài)電解質(zhì)核心材料，艱難地叩開(kāi)了固態(tài)電池材料學(xué)的第一道大門(mén)。
材料問(wèn)題初步解決后，系統(tǒng)集成與工程化是更大的難關(guān)。系統(tǒng)集成負(fù)責(zé)人、青島能源所研究員吳天元最初接到深海應(yīng)用需求時(shí)，用戶(hù)給定的研制周期僅有一個(gè)月，時(shí)間窗口期極短。這時(shí)，團(tuán)隊(duì)既缺乏可借鑒的深海電池系統(tǒng)研制經(jīng)驗(yàn)，又面臨高能量密度萬(wàn)米級(jí)自承壓電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)難題。
吳天元迅速入駐客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)，與應(yīng)用工程師緊密對(duì)接，深入開(kāi)展深海環(huán)境與載荷工況調(diào)研。可喜的是，他們死磕問(wèn)題，最終創(chuàng)新提出自承壓電池管理系統(tǒng)方案，并完成多輪次電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。
針對(duì)固態(tài)電池單體及其管理系統(tǒng)，他們開(kāi)展了全海深環(huán)境模擬工況下的測(cè)試驗(yàn)證。在短短一個(gè)月內(nèi)，這支小分隊(duì)完成了電池系統(tǒng)樣機(jī)的3輪優(yōu)化迭代。該系統(tǒng)順利通過(guò)全海深模擬在線(xiàn)壓力測(cè)試，并成功獲得了馬里亞納海溝的海試機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在高能量密度深海電源系統(tǒng)領(lǐng)域全海深技術(shù)的重要突破。
青島能源所正高級(jí)工程師韓鵬獻(xiàn)負(fù)責(zé)固態(tài)電池的批量制備工藝開(kāi)發(fā)?！霸趯?shí)驗(yàn)室里，我們制備性能優(yōu)異的紐扣電池樣品是一回事；用表觀上厚度均勻一致的電解質(zhì)膜制備固態(tài)電池，完全是另一回事，難度指數(shù)級(jí)增加?！表n鵬獻(xiàn)介紹，最初制備的固態(tài)電解質(zhì)總是存在缺陷、韌性不足等問(wèn)題，導(dǎo)致組裝出的電池性能急劇下降甚至短路。
為解決問(wèn)題，工藝團(tuán)隊(duì)住在了中試車(chē)間和實(shí)驗(yàn)室。他們像雕琢藝術(shù)品一樣，反復(fù)調(diào)整參數(shù)、改造涂布設(shè)備、優(yōu)化溫濕度。
“記不清熬了多少個(gè)通宵，失敗品的廢料堆了半個(gè)房間?！表n鵬獻(xiàn)說(shuō)，“每當(dāng)感到沮喪想放棄時(shí)，想到一定要勇闖禁區(qū)，為深?？瓶既蝿?wù)奉獻(xiàn)‘動(dòng)力心臟’，我們就滿(mǎn)血復(fù)活了?！?/p> 探極探深： 以極端場(chǎng)景技術(shù)反推民用創(chuàng)新
性能優(yōu)異的實(shí)驗(yàn)室樣品，能否經(jīng)受住深海的終極考驗(yàn)？2017年，團(tuán)隊(duì)迎來(lái)了成果“大考”——他們研發(fā)的固態(tài)鋰電池系統(tǒng)，隨“萬(wàn)泉”號(hào)深淵著陸器挑戰(zhàn)萬(wàn)米深淵。
“心情是無(wú)比忐忑的，就像送自己的孩子去參加一場(chǎng)決定命運(yùn)的終極考試?！贝薰饫谌绱诵稳莓?dāng)時(shí)的心情。在探測(cè)器下潛的那些日子里，整個(gè)團(tuán)隊(duì)的心都懸在了馬里亞納海溝。董杉木不斷檢查地面模擬壓力艙的對(duì)比數(shù)據(jù)，韓鵬獻(xiàn)則一遍遍在腦海里“回放”生產(chǎn)過(guò)程中的每一個(gè)質(zhì)量控制細(xì)節(jié)，吳天元密切關(guān)注系統(tǒng)集成的各項(xiàng)遙測(cè)數(shù)據(jù)，確保萬(wàn)無(wú)一失。
成功了！
當(dāng)捷報(bào)傳來(lái)——“萬(wàn)泉”號(hào)攜帶團(tuán)隊(duì)的固態(tài)電池系統(tǒng)，連續(xù)9次成功下潛至萬(wàn)米深淵，最大工作深度達(dá)10918米，并完整、穩(wěn)定地傳回了所有科學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)沸騰了。這不僅是一次海試的成功，還標(biāo)志著我國(guó)成功突破了全海深電源技術(shù)瓶頸，徹底打破了國(guó)外在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷與封鎖。
此后，從“滄?！碧?hào)到“深海勇士”號(hào)全海深載人潛水器，青島能源所的固態(tài)電池系統(tǒng)一次次隨國(guó)家重器潛入深海，累計(jì)應(yīng)用超過(guò)百批次，至今保持著“零故障”的驚人紀(jì)錄。這是“深海聚能”精神結(jié)出的最豐碩的果實(shí)之一。
團(tuán)隊(duì)探索的腳步并未停歇。2024年，為保障國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目任務(wù)深海國(guó)際站能源系統(tǒng)的按時(shí)交付，吳天元帶領(lǐng)小組開(kāi)展雙班12小時(shí)工作，歷時(shí)4個(gè)多月，及時(shí)保障了國(guó)際站能源系統(tǒng)的交付與供給。這是繼2023年建成國(guó)際首臺(tái)套兆瓦時(shí)級(jí)深海能源基站后，再次實(shí)現(xiàn)了單一深海能源系統(tǒng)容量的倍增。
當(dāng)然，團(tuán)隊(duì)的“探極探深”并未止步于海洋。他們極具前瞻性地將經(jīng)過(guò)萬(wàn)米深海極端環(huán)境驗(yàn)證的固態(tài)電池技術(shù)，轉(zhuǎn)向了一個(gè)市場(chǎng)潛力巨大、關(guān)乎國(guó)家能源戰(zhàn)略和汽車(chē)產(chǎn)業(yè)未來(lái)的應(yīng)用場(chǎng)景——新能源汽車(chē)。
“深海萬(wàn)米的極端壓力、低溫環(huán)境和絕對(duì)的安全要求，相當(dāng)于對(duì)我們電池的本征安全性、環(huán)境耐受性和可靠性進(jìn)行了一場(chǎng)最嚴(yán)格、最殘酷的‘壓力測(cè)試’。”崔光磊笑著解釋。
基于深海技術(shù)積累，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出高能量密度、本質(zhì)安全大容量固態(tài)動(dòng)力電池體系。針對(duì)傳統(tǒng)痛點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出并成功研制出均質(zhì)化正極材料，從根源上解決問(wèn)題，大幅提升了電池的能量密度與循環(huán)壽命。這項(xiàng)突破性成果發(fā)表于《自然-能源》，開(kāi)辟了電極材料設(shè)計(jì)的全新范式，為全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
團(tuán)隊(duì)的技術(shù)在商用新能源實(shí)車(chē)上成功進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間示范運(yùn)行，被世界新能源汽車(chē)大會(huì)評(píng)為“全球新能源汽車(chē)前沿技術(shù)”。
精神傳承：
“聚能”之光，照亮前行路
回顧十余年波瀾壯闊的征程，“深海聚能”精神并非一蹴而就，而是在持續(xù)的奮斗中一步步凝練、成型并深入人心的。
崔光磊總結(jié)道：“‘深海聚能’精神萌芽于團(tuán)隊(duì)初創(chuàng)時(shí)期‘國(guó)家需要就是方向’的初心與使命，淬煉于攻堅(jiān)克難階段‘在無(wú)人區(qū)鑿路’的膽識(shí)與堅(jiān)韌，升華于‘探極探深’過(guò)程中將極限技術(shù)驗(yàn)證與民用反哺相結(jié)合的戰(zhàn)略眼光。最終，它凝聚成推動(dòng)團(tuán)隊(duì)從基礎(chǔ)研究到工程應(yīng)用，再到產(chǎn)業(yè)開(kāi)拓的磅礴力量。”
如今，團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新之火已從深海燃向更廣闊的天地。
在青島，百兆瓦時(shí)級(jí)的固態(tài)電池中試生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)建成，更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化基地正在積極推進(jìn)，一條從基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)到市場(chǎng)應(yīng)用的自主可控產(chǎn)業(yè)鏈正在加速形成。
更重要的是，在十余年的并肩作戰(zhàn)中，“深海聚能”精神已深深融入團(tuán)隊(duì)的血液，完成了代際傳承。董杉木、吳天元等一批早期的年輕骨干，如今已成長(zhǎng)為獨(dú)當(dāng)一面的課題組長(zhǎng)或技術(shù)負(fù)責(zé)人。他們將“深海聚能”精神的核心要義，傳遞給自己指導(dǎo)的學(xué)生和更年輕的同事。
面向未來(lái)，在“深海聚能”精神的引領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)清晰而堅(jiān)定：一方面，繼續(xù)深耕深海特種能源系統(tǒng)，研發(fā)能量密度更高、智能程度更強(qiáng)、適用場(chǎng)景更廣的深海動(dòng)力裝備，支撐國(guó)家深海戰(zhàn)略走得更遠(yuǎn)；另一方面，快馬加鞭地推進(jìn)固態(tài)動(dòng)力電池的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，力爭(zhēng)在新能源汽車(chē)、規(guī)模儲(chǔ)能等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，為國(guó)家的能源安全與綠色低碳轉(zhuǎn)型，貢獻(xiàn)實(shí)實(shí)在在的科技力量。
在青島市嶗山區(qū)松嶺路那棟并不起眼的實(shí)驗(yàn)樓里，燈光常常亮至深夜。從燒杯與電極的方寸之間，到萬(wàn)米深淵的幽暗之境，再到驅(qū)動(dòng)時(shí)代的綠色浪潮，這支年輕的團(tuán)隊(duì)以“深懷使命”為航標(biāo)，以“勇闖禁區(qū)”為舟楫，以“探極探深”為羅盤(pán)，為鑄造跳動(dòng)不息的“動(dòng)力心臟”，乘風(fēng)破浪。
