萬米深海，是連光線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。在這片生命禁區(qū)里，為深?？瓶佳b備提供動力的“心臟”——高性能電源，一度是我國探索深海的“軟肋”。
“傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池？在萬米深海，它就是個定時炸彈！”中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱青島能源所）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、性能直線下降……任何一個小故障，都可能讓價值連城的科考裝備毀于一旦，讓整個科考計(jì)劃泡湯。
然而，核心技術(shù)買不來、求不來、等不起。面對國家深海戰(zhàn)略的迫切需求，崔光磊帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)踏上了一場長達(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領(lǐng)域，開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情懷與使命擔(dān)當(dāng)。
2009年，已在德國從事博士后研究多年的崔光磊，正處于個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?，一次回國探親的契機(jī)，他與青島能源所首任所長王利生的一次會面，徹底改變了他的人生軌跡。
“那是一次關(guān)于未來的暢談?！贝薰饫趯Α吨袊茖W(xué)報(bào)》記者回憶，王利生描繪了研究所聚焦國家能源戰(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，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，我國深海探測事業(yè)開始向全海深邁進(jìn)，但動力瓶頸卻如影隨形，難以突破。
“萬米級深海電源技術(shù)被少數(shù)國家壟斷。高性能深海電源上，我們嚴(yán)重依賴進(jìn)口?！贝薰饫谡f，“別人不給，出天價，附加苛刻條件，我們就被扼住了咽喉，深海探索的主動權(quán)無從談起?！?/p>
一切只能從零開始。崔光磊迅速組建了一支兼具科學(xué)問題探索與工程開發(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。
“國家的需要，就是我們科研的方向?！边@句話，在團(tuán)隊(duì)里從來不是一句掛在墻上的口號。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，才能讓中國的深?？瓶佳b備擁有一顆自主可控、強(qiáng)勁可靠的“中國芯”。
勇闖禁區(qū)：
在科研“無人區(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難題。就此，團(tuán)隊(duì)闖入了一片前路不明的“無人區(qū)”。
“那段時間，感覺每一步都像是在黑暗中摸索，不知道方向?qū)Σ粚?，也不知道腳下的路能不能走得通。”團(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“攔路虎”。
“深海的壓強(qiáng)非常大，海底1萬米的壓強(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?！贝薰饫诮忉?。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)開啟了漫長而枯燥的篩選、合成、測試循環(huán)。
董杉木至今仍對那段日子記憶猶新。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?，我天天泡在實(shí)驗(yàn)室，合成、純化、測試，失敗了上百次。有時候半夜想到一個可能的變量或靈感，都會立刻爬起來記在筆記本上，生怕第二天忘了?！?/p>
失敗在那段時間是常態(tài)?！坝袝r候感覺數(shù)據(jù)趨勢很好，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?！倍寄颈镏豢跉猓按蘩蠋煶３８覀冋f，科研沒有捷徑，唯有‘十年磨一劍’的堅(jiān)韌和執(zhí)著。他告訴我們，在‘無人區(qū)’開路，失敗是必然的，成功才是偶然的?！?/p>
轉(zhuǎn)機(jī)在無數(shù)次的失敗后悄然降臨。
一個凌晨，董杉木在分析海量測試數(shù)據(jù)時，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，艱難地叩開了固態(tài)電池材料學(xué)的第一道大門。
材料問題初步解決后，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，用戶給定的研制周期僅有一個月，時間窗口期極短。這時，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米級自承壓電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)難題。
吳天元迅速入駐客戶現(xiàn)場，與應(yīng)用工程師緊密對接，深入開展深海環(huán)境與載荷工況調(diào)研?？上驳氖牵麄兯揽膯栴}，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。
針對固態(tài)電池單體及其管理系統(tǒng)，他們開展了全海深環(huán)境模擬工況下的測試驗(yàn)證。在短短一個月內(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)順利通過全海深模擬在線壓力測試，并成功獲得了馬里亞納海溝的海試機(jī)會，實(shí)現(xiàn)了我國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。
青島能源所正高級工程師韓鵬獻(xiàn)負(fù)責(zé)固態(tài)電池的批量制備工藝開發(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、韌性不足等問題，導(dǎo)致組裝出的電池性能急劇下降甚至短路。
為解決問題，工藝團(tuán)隊(duì)住在了中試車間和實(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。
“記不清熬了多少個通宵，失敗品的廢料堆了半個房間?！表n鵬獻(xiàn)說，“每當(dāng)感到沮喪想放棄時，想到一定要勇闖禁區(qū)，為深?？瓶既蝿?wù)奉獻(xiàn)‘動力心臟’，我們就滿血復(fù)活了?！?/p> 探極探深： 以極端場景技術(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)迎來了成果“大考”——他們研發(fā)的固態(tài)鋰電池系統(tǒng)，隨“萬泉”號深淵著陸器挑戰(zhàn)萬米深淵。
“心情是無比忐忑的，就像送自己的孩子去參加一場決定命運(yùn)的終極考試?！贝薰饫谌绱诵稳莓?dāng)時的心情。在探測器下潛的那些日子里，整個團(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比數(shù)據(jù)，韓鵬獻(xiàn)則一遍遍在腦海里“回放”生產(chǎn)過程中的每一個質(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)遙測數(shù)據(jù)，確保萬無一失。
成功了！
當(dāng)捷報(bào)傳來——“萬泉”號攜帶團(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，整個團(tuán)隊(duì)沸騰了。這不僅是一次海試的成功，還標(biāo)志著我國成功突破了全海深電源技術(shù)瓶頸，徹底打破了國外在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷與封鎖。
此后，從“滄?！碧柕健吧詈Ｓ率俊碧柸Ｉ钶d人潛水器，青島能源所的固態(tài)電池系統(tǒng)一次次隨國家重器潛入深海，累計(jì)應(yīng)用超過百批次，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，為保障國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目任務(wù)深海國際站能源系統(tǒng)的按時交付，吳天元帶領(lǐng)小組開展雙班12小時工作，歷時4個多月，及時保障了國際站能源系統(tǒng)的交付與供給。這是繼2023年建成國際首臺套兆瓦時級深海能源基站后，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)過萬米深海極端環(huán)境驗(yàn)證的固態(tài)電池技術(shù)，轉(zhuǎn)向了一個市場潛力巨大、關(guān)乎國家能源戰(zhàn)略和汽車產(chǎn)業(yè)未來的應(yīng)用場景——新能源汽車。
“深海萬米的極端壓力、低溫環(huán)境和絕對的安全要求，相當(dāng)于對我們電池的本征安全性、環(huán)境耐受性和可靠性進(jìn)行了一場最嚴(yán)格、最殘酷的‘壓力測試’?！贝薰饫谛χ忉?。
基于深海技術(shù)積累，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出高能量密度、本質(zhì)安全大容量固態(tài)動力電池體系。針對傳統(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)車上成功進(jìn)行了長時間示范運(yùn)行，被世界新能源汽車大會評為“全球新能源汽車前沿技術(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)時期‘國家需要就是方向’的初心與使命，淬煉于攻堅(jiān)克難階段‘在無人區(qū)鑿路’的膽識與堅(jiān)韌，升華于‘探極探深’過程中將極限技術(shù)驗(yàn)證與民用反哺相結(jié)合的戰(zhàn)略眼光。最終，它凝聚成推動團(tuán)隊(duì)從基礎(chǔ)研究到工程應(yīng)用，再到產(chǎn)業(yè)開拓的磅礴力量?！?/p>
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，百兆瓦時級的固態(tài)電池中試生產(chǎn)線已經(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，如今已成長為獨(dú)當(dāng)一面的課題組長或技術(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，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)、適用場景更廣的深海動力裝備，支撐國家深海戰(zhàn)略走得更遠(yuǎn)；另一方面，快馬加鞭地推進(jìn)固態(tài)動力電池的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，力爭在新能源汽車、規(guī)模儲能等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，為國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，到萬米深淵的幽暗之境，再到驅(qū)動時代的綠色浪潮，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，為鑄造跳動不息的“動力心臟”，乘風(fēng)破浪。
