说到新能源产业,常州溧阳长三角物理研究中心与其紧密相关。在这里,顶尖的科学家们活跃在新能源产业产学研一线,他们既要从理论上解答“为什么”,又要将实验室里的研究成果落地转化,投入实际应用,推动新技术、新产品走入千家万户。
中科院物理所副研究员、长三角物理研究中心科学家工作室主任、85后尹良就是科学家的一员。
4月16日,我们去拜访尹良。来到他的办公室,还没来得及打招呼,我们一眼就看到了铺在沙发靠背上的一张薄毯子——那是他从美国带回来的、印着化学元素周期表的日用品。
从这张毯子聊起,尹良的话题很快转向化学、材料、电池、产业链以及他的返乡故事。
给电池加点“料”
如今,在大街小巷,新能源汽车比比皆是,这是人们在日常生活中离新能源产业最近的场景。
作为“行内人”,尹良的眼光不仅仅盯着新能源汽车。前不久,一则新闻报道就引起了他的关注。
2月27日,电动垂直起降航空器(eVTOL)“盛世龙”从广东深圳蛇口邮轮母港起飞,经过约20分钟的飞行,降落在珠海九洲港码头。这是全球首条跨海跨城电动垂直起降航空器航线的公开首次演示飞行。
电动垂直起降航空器被称为“空中出租车”,像直升机一样垂直起飞,在空中转换成固定翼飞行模式,使用纯电动力。这一技术设想目的是服务实现城市内和都市圈城际间点对点出行,或将在未来成为空中出行的重要方式,并形成新的广阔市场。
“电动垂直起降航空器”“纯电动力”,这样的字眼让尹良的工作迎来丰富的想象空间,他的研究正与动力电池密切相关。
2023年,他带领团队研发的锰基正极材料突破了高容量、长循环的技术难点,达到行业领先水平。眼下,他和团队正与新能源头部企业联合开发锰系3C类电池、小动力电池、长续航动力电池和储能电池。
以锂离子电池为例,市面上常用的锂离子电池大致由正极材料、电解液、负极材料三种主材构成,磷酸铁锂和三元锂都是主流的正极材料,尹良和团队则专攻富锂锰基层状氧化物正极材料体系。
在化学元素周期表中,很快就能找到锰元素(Mn)的排序,这种广泛用于钢铁工业的元素与新能源产业结合后产生了奇妙的化学反应。尹良说,在常规的正极材料中引入大量的锰元素如磷酸铁锰锂后,材料的充放电电压升高了,可以存储的电能变多了,电池充一次电可以用更长时间。
电池的能量密度和使用寿命变强,其利好会向上下游传导。
尹良介绍,电池的成本中,正极材料占了非常大的比例,因此,他们研发时会选用一些价格低廉的元素比如锰元素,此举在原材料端能为企业生产减轻负担,在消费端最直观的表现就是可以以更实惠的价格买到新能源汽车。
“锰基正极材料被认为是下一代材料,我们知道,目前市面上单体电池的能量密度已达360Wh/kg,用这样的电池组成电池模组,足以驱动新能源乘用车行驶1000公里。如果要把单体电池的能量密度继续提高,直至突破400Wh/kg甚至更高,可能就需要用到我们研究的新一代正极材料。”尹良说,电池能量密度提高,可以解锁更多应用场景,如电动飞机、电动船舶,还有时下热议的低空经济,比如无人机,它对电池的能量密度要求更高。
一起使劲,才能共同成长
制造能量密度高的锂电池,光解决正极材料似乎还不够,还要为其做好适配,负极材料用什么、电解液用什么、电池应该做成什么规格,这些都在尹良的考虑之中。
与市面上主流的锂电池相比,尹良的研究更前沿一些,成果转化难度更大一些。尽管锰基正极材料已有突破,但它离大规模的使用还有距离,还有一些科学问题和技术问题尚待解决。他说:“使用锰基正极材料,电池的能量密度提高了,对其他性能的要求也更高了,比如电池快速充电及较高的温度下电池的循环寿命,但目前技术上还没完全成熟到可以直接应用。”
研发新材料是一个复杂的工艺流程,原料端怎么做、科研端怎么做、工程应用端怎么做,链条很长,技术进步不是一个人或一家企业能独立完成的。尹良觉得,要把能量密度高的电池推向市场,需要企业、学术界的“大牛”们共同努力,一起推动应用市场发展壮大。作为科学家,他和团队能解决大部分的“为什么”,但如何将研发成果用好,还需要产业链上下游协同推进,最重要的是客户感兴趣。
怎样才能让客户感兴趣?尹良说:“电池的应用前景已经完全展示出来了,我们要为客户提供一个正向预期,让其觉得这项研究有前途。如果电芯企业对我们的研究感兴趣,会往车企或其他企业推广,假如车企或其他企业也认同我们的努力,整个市场很快就能发展起来。”
因此,尹良不能只在实验室里做研发,他还得走出去,跟产业链上下游打交道。
说得诙谐一点,尹良现在就像“媒婆”,他的工作一头连着高校和科研院所,一头连着市场和企业,他要居中协调,协调资源,也协调技术创新。
此外,尹良还会帮助产业界解决一些难题,比如一款材料或者一个系列的材料,产业界感兴趣,但是不知道“为什么”,他要发挥聪明才智去解答。解决问题之后,成果双方共享,双方可能会成立企业,把技术落地转化。
风景这边独好
做这些工作,需要一个平台,长三角物理研究中心就是绝佳的所在。
中国科学院物理研究所是国内最早开展锂离子电池和钠离子电池研究的单位之一,溧阳的新能源产业布局为物理研究所技术孵化提供了绝佳“试验场”。2018年,物理所与溧阳深化合作,成立长三角物理研究中心,采用公司化运营管理模式。物理研究所派驻的科学家依托高校、科研院所,重点解决“从0到1”的问题;公司化运营管理更加贴近市场需求,可以重点投入资源去解决行业、产业遇到的难题,着重解决“从1到N”的问题。
尹良与长三角物理研究中心的“缘分”就始于2018年。
尹良是常州金坛人、家中的独子。论学习,他是妥妥的“学霸”。2018年,他还在美国纽约州立大学石溪分校攻读博士学位,研究的就是电池。经导师介绍,他结识了中科院物理所研究员李泓,两人一直保持联络。同时,他也跟国内的科研机构有接触,得以了解新能源产业发展情况。
博士毕业后,尹良觉得积累还不够,又在美国能源部阿贡国家实验室读了博士后,锻炼出深厚的科研能力。
尹良曾想过留在美国,当时,他看中了美国的科学设施和科研氛围。后来,他考虑到自己是独子,不管到了30岁还是40岁,总归要回来照顾父母。
还有一个原因“推动”他回国,他说:“沉浸在科研氛围里固然能出成果,但相对闭塞。国内新能源产业的发展速度日新月异,在外面待久了,在某些方面会落后于国内的技术发展步伐,而电池又特别偏向应用端。”
尹良回国前,考虑过去企业做研发工作,他想做点看得见、摸得着的成果出来。李泓向他介绍了溧阳的新能源产业布局概况,并告诉他,常州、溧阳很需要人才与产业界沟通。
尹良觉得这是一个很好的机会,但挑战特别大。他在长三角物理研究中心工作,自由度特别高,发挥的空间特别大,要掌握的知识特别多,自然而然地需要统筹思考的事情就特别多,肩上的责任特别重。这份工作跟做科研完全不同,要从单纯的学术思维转到工程工艺开发、跟产业接触的思维上来。
“跟产业界紧密接触,我们能获得第一手消息,也能挖掘出产业界最关心的问题。”尹良说,不要小看产业化,国内产业界在工程控制方面特别厉害。
2021年,尹良回国、入职。
对尹良这样的高层次人才,常州、溧阳拿出了足够的诚意,如人才政策、安家补贴及团队建设支持等。
近水楼台先得月。时间长了,尹良成了亲朋好友眼里的行家,不管谁想买新能源汽车,都会找他问几句,比如什么时候买车划算、什么车比较好等。