電極材料作為電化學(xué)能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換器件的核心，直接決定電池的綜合表現(xiàn)。其中，介孔材料憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，在吸附、催化、能量存儲(chǔ)等方面性能突出，正日益成為電極制造中的重要選擇。

復(fù)旦大學(xué)趙東元院士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的介孔材料正在多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用：在石油化工中，介孔催化材料可推動(dòng)高品質(zhì)油品大幅增產(chǎn)；在鋰鈉電池中，創(chuàng)新的介孔硅碳負(fù)極能有效提升電池穩(wěn)定性與循環(huán)壽命；在新興的水系電池領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)成功解決了能量密度及枝晶生長(zhǎng)的循環(huán)壽命等行業(yè)難題。

與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)積極探索產(chǎn)學(xué)研融合機(jī)制，加速推動(dòng)科技成果產(chǎn)業(yè)化，以實(shí)際行動(dòng)服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略。位于上海寶山的吳淞材料實(shí)驗(yàn)室，是趙東元院士推動(dòng)“科研＋產(chǎn)業(yè)”協(xié)同發(fā)展的重要平臺(tái)，目前已成功孵化出復(fù)安綠能科技有限公司等創(chuàng)新企業(yè)。

介孔材料，如何在能源領(lǐng)域大展身手？

趙東元：我們“造孔”技術(shù)最早的應(yīng)用場(chǎng)景是石油化工領(lǐng)域。傳統(tǒng)石油加工過(guò)程中，重油、渣油的利用率低且污染較大，而介孔材料的高比表面積和催化活性，能夠?qū)崿F(xiàn)重油的高效裂化和定向轉(zhuǎn)化。我們研發(fā)的核殼結(jié)構(gòu)介孔分子篩催化劑，在齊魯石化年產(chǎn)56萬(wàn)噸的重油催化裝置中，已實(shí)現(xiàn)了千噸級(jí)生產(chǎn)與長(zhǎng)期工業(yè)應(yīng)用。若這項(xiàng)技術(shù)在全國(guó)推廣，預(yù)計(jì)每年可為中石化體系增產(chǎn)約150萬(wàn)噸高品質(zhì)油品。面對(duì)新能源汽車(chē)增多、油品需求減少的趨勢(shì)，我們正在研究能否通過(guò)石油加氫裂化，定向、高選擇性地直接轉(zhuǎn)化成所需的化學(xué)品，而不僅僅是油品；在新能源電池領(lǐng)域，我們也開(kāi)發(fā)了很多新型材料。

趙東元：新能源電池的續(xù)航與安全性是行業(yè)痛點(diǎn)，硅材料作為負(fù)極具有極高的理論容量，但體積膨脹率大、循環(huán)穩(wěn)定性差的問(wèn)題長(zhǎng)期難以解決。我們開(kāi)發(fā)了有序介孔硅碳復(fù)合材料，利用介孔碳的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，將硅材料嵌入介孔碳的孔道中，孔道能夠?yàn)楣璧呐蛎浱峁┚彌_空間，顯著提升電池的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。該項(xiàng)技術(shù)由上海炭元新材料科技有限公司（原山東復(fù)元新材料科技公司）推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化，已在江蘇灌南實(shí)現(xiàn)百?lài)嵓?jí)生產(chǎn)，主要用于高端消費(fèi)電子產(chǎn)品，如手機(jī)、無(wú)人機(jī)和機(jī)器人。我們團(tuán)隊(duì)里年輕的老師，比如晁棟梁還在用介孔材料開(kāi)發(fā)水系鋅電池，能夠防止枝晶生長(zhǎng)，增加能量效率。

晁棟梁：鋰離子電池能量密度高，但鋰的活潑性導(dǎo)致其安全性不足，電動(dòng)車(chē)起火事故頻發(fā)，且低溫性能差——在東北零下 30 度的環(huán)境中幾乎無(wú)法使用，即使在上海，低溫也會(huì)導(dǎo)致 30% 的能量損耗。我們的水系鋅電池以鋅為核心元素，綠色無(wú)毒，電解質(zhì)為水溶液，體系本征安全，同時(shí)具備優(yōu)異的低溫性能，填補(bǔ)了鋰離子電池在安全敏感場(chǎng)景的應(yīng)用劣勢(shì)。未來(lái)，水系電池與鋰鈉電池將是優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的格局：水系電池將聚焦數(shù)據(jù)中心、人口密集區(qū)、應(yīng)急電源等高安全需求場(chǎng)景，除了具備安全、環(huán)保、低成本的本征優(yōu)勢(shì)，還擁有高功率、快充、耐低溫等特色性能；鋰鈉電池則仍主導(dǎo)新能源汽車(chē)、高端消費(fèi)電子產(chǎn)品等高能量密度需求場(chǎng)景。二者將攜手并進(jìn)，共同為我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)支撐。

吳淞材料實(shí)驗(yàn)室：新型研發(fā)平臺(tái)的跨界實(shí)踐

吳淞材料實(shí)驗(yàn)室目前主要的工作是什么？

趙東元：我們?cè)谶@里已重點(diǎn)開(kāi)展了兩項(xiàng)工作：一是利用人工智能優(yōu)化材料設(shè)計(jì)與工業(yè)放大流程：通過(guò)模擬計(jì)算提前篩選最優(yōu)方案，大幅降低試錯(cuò)率；同時(shí)避免大規(guī)模實(shí)體試驗(yàn)的無(wú)效消耗，顯著降低試錯(cuò)成本。實(shí)驗(yàn)室里的研究往往基于小器件、理想化場(chǎng)景，一旦放大到產(chǎn)線(xiàn)，一毫克的偏差就會(huì)造成巨大的原料與資金浪費(fèi)，而 AI 的介入恰好解決了這一痛點(diǎn)；二是搭建水系電池材料的百公斤級(jí)中試生產(chǎn)線(xiàn)，以此實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)與規(guī)?；a(chǎn)的直接銜接。

上海是國(guó)內(nèi)電池產(chǎn)業(yè)資源高度集聚的城市之一，寧德時(shí)代、特斯拉等企業(yè)均在此布局生產(chǎn)基地。需求側(cè)的旺盛需求持續(xù)驅(qū)動(dòng)新研發(fā)，這正是我們的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)所在，也讓我們有了更廣闊的發(fā)展空間。實(shí)驗(yàn)室目前成功孵化了復(fù)安綠能公司，我們將為廣東1GWh的水系電池產(chǎn)線(xiàn)供應(yīng)電池上游材料，預(yù)計(jì)2026年上半年開(kāi)始投產(chǎn)，后續(xù)將逐步實(shí)現(xiàn)從上游材料到下游電芯模組的規(guī)?；圃臁?/p>

AI在你們的研發(fā)過(guò)程中發(fā)揮著怎樣的作用？

晁棟梁：在電池研究中，AI 正為我們大幅優(yōu)化材料篩選、電解液配方設(shè)計(jì)、電池壽命與容量預(yù)測(cè)、失效分析等核心環(huán)節(jié)，相關(guān)工作效率提升超千倍。同時(shí)，我們?cè)诳蒲羞^(guò)程中積累的多維度電化學(xué)數(shù)據(jù)，也為多孔材料大模型與多模態(tài)智能體的訓(xùn)練提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐，反向推動(dòng) AI 在能源材料領(lǐng)域的功能迭代升級(jí)，形成“科研需求-AI優(yōu)化-數(shù)據(jù)反哺”的雙向賦能。

復(fù)安綠能的產(chǎn)品，在水系電池領(lǐng)域有著哪些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)？

晁棟梁：復(fù)安綠能，脫胎于復(fù)旦大學(xué)在安全綠色能源領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性研究，應(yīng)國(guó)家發(fā)展新一代安全電池技術(shù)的戰(zhàn)略需求而生。公司矢志成為全球水系電池產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)航者，以“本征安全”與“極致成本”為雙翼，其核心目標(biāo)與不懈追求，是打造具有全球最高能量密度的水系電池，為世界提供既絕對(duì)安全又經(jīng)濟(jì)高效的能量存儲(chǔ)解決方案。

我們水系鋅電池的核心優(yōu)勢(shì)源于材料技術(shù)的突破：通過(guò)高比表面積設(shè)計(jì)、2-50 納米可控孔徑調(diào)控，搭配精準(zhǔn)的界面調(diào)控能力，既能有效抑制電解液中活性水引發(fā)的副反應(yīng)，又能顯著提升水系電解液中離子的電荷傳輸與物質(zhì)傳遞效率?；诜肿咏缑婀こ膛c介觀(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們進(jìn)一步通過(guò)表面修飾、孔道精準(zhǔn)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了電池反應(yīng)路徑的功能化定制。這些技術(shù)設(shè)計(jì)，幫助產(chǎn)品攻克了傳統(tǒng)水系電池材料導(dǎo)電性弱、金屬枝晶易生成、界面反應(yīng)不穩(wěn)定、循環(huán)壽命短等行業(yè)痛點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)了材料高反應(yīng)活性與長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性的兼顧。2030 年前，我們計(jì)劃將產(chǎn)品能量密度提升至 150-200 Wh/kg，同時(shí)拓展錳基、硫基多電子反應(yīng)體系，并實(shí)現(xiàn) 46 系大圓柱、大方殼電芯的量產(chǎn)，逐步完善全場(chǎng)景產(chǎn)品矩陣。

復(fù)安綠能和陽(yáng)江交通投資集團(tuán)、華為和雙登集團(tuán)都有合作。能否介紹一下目前產(chǎn)業(yè)化的具體情況？對(duì)于當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活有哪些切實(shí)的改變？

晁棟梁：在風(fēng)電儲(chǔ)能領(lǐng)域，我們的產(chǎn)品將用于陽(yáng)江空港新城建設(shè)，未來(lái)能夠保障兆千瓦級(jí)風(fēng)電穩(wěn)定并網(wǎng)；在電源適配碼頭、城市搶險(xiǎn)等場(chǎng)景，能夠提升應(yīng)急響應(yīng)效率；在航運(yùn)領(lǐng)域，我們率先提出打造“水上充電寶”的概念，助力綠色航運(yùn)升級(jí)；在微型電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域，水系鋅電池可顯著提升出行安全與產(chǎn)品性?xún)r(jià)比。

這些應(yīng)用不僅能增強(qiáng)能源供給的穩(wěn)定性與應(yīng)急保障能力，還能幫助企業(yè)用電降本增效，助力超千億綠色能源產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)；同時(shí)，應(yīng)急救援隊(duì)伍也可以配備更安全的電源裝備，規(guī)避傳統(tǒng)電池的燃爆風(fēng)險(xiǎn)；沿海地區(qū)也將借助這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色航運(yùn)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

在您的理想里，介孔這一領(lǐng)域發(fā)展到極致是什么狀態(tài)？

趙東元：我的理想就是隨心所欲的創(chuàng)造。將來(lái)我們或許能夠用介孔材料去制造DNA和RNA。而且不再需要漫長(zhǎng)的探索、試錯(cuò)過(guò)程，而是我想連接心臟，就能連接心臟；想把血管調(diào)節(jié)成什么樣，就調(diào)節(jié)成什么樣——那該多好？我平時(shí)會(huì)試著把有生命的多巴胺做成介孔結(jié)構(gòu)?？吹綀D譜，我總要欣賞半天才放手。再給我20年，我真的想去探索，不僅要把介孔材料連接到心臟，還要連接到人體的每一寸組織。