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鐘發(fā)平:三十余載矢志研發(fā)儲(chǔ)能技術(shù)

人民日報(bào)發(fā)布時(shí)間:2024-12-16 14:50:43  作者:禹偉良 范昊天

  鐘發(fā)平,1965年生,湖南桃源人。先進(jìn)儲(chǔ)能材料國家工程研究中心主任兼首席科學(xué)家,武漢大學(xué)碳中和研究院院長。長期從事高性能綠色二次電池、電池關(guān)鍵材料及電化學(xué)儲(chǔ)能的應(yīng)用理論研究和工程化開發(fā),主持完成“國家綠色制造”“國家智能制造”等重大專項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),榮獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)4項(xiàng)等,作為第一完成人取得授權(quán)發(fā)明專利115件。

鐘發(fā)平(左一)在車間指導(dǎo)工藝生產(chǎn)。 先進(jìn)儲(chǔ)能材料國家工程研究中心供圖

  在位于湖南長沙的先進(jìn)儲(chǔ)能材料國家工程研究中心,研發(fā)人員正在中心主任兼首席科學(xué)家鐘發(fā)平指導(dǎo)下,開展一種新型電池材料的實(shí)驗(yàn)工作。從精確稱量化學(xué)原料,到操作實(shí)驗(yàn)釜、反應(yīng)爐完成關(guān)鍵合成,再到運(yùn)用掃描電子顯微鏡等儀器檢測分析,最后集體論證,每一步都嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致……

  加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型,離不開高效、環(huán)保的能源開發(fā)及對能源的存儲(chǔ)和利用。儲(chǔ)能作為能源轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是建設(shè)新型能源體系的重要一環(huán)。今年59歲的鐘發(fā)平,便是我國電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的專家和產(chǎn)業(yè)“拓荒者”之一。

  30多年來,鐘發(fā)平致力于高性能綠色二次電池、電池關(guān)鍵材料及電化學(xué)儲(chǔ)能的應(yīng)用理論研究和工程化開發(fā),帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破鎳氫電池生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)并實(shí)現(xiàn)成果產(chǎn)業(yè)化;率先開發(fā)國內(nèi)首個(gè)分布式微網(wǎng)新能源儲(chǔ)能系統(tǒng),解決儲(chǔ)能技術(shù)難題;牽頭組建武漢大學(xué)碳中和研究院,助力培育綠色新動(dòng)能,服務(wù)“雙碳”目標(biāo)。

  攻克電池行業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)

  在湖南郴州的電池回收與再生中試平臺(tái)內(nèi),廢舊電池正被精準(zhǔn)拆解,有毒物質(zhì)被深度去除,有價(jià)值的材料則被篩選分離。在材料再生區(qū),電池材料在反應(yīng)器皿中翻滾、浸出,技術(shù)操作有條不紊。

  “新能源汽車經(jīng)過10余年快速發(fā)展,動(dòng)力電池退役高峰期即將到來,而傳統(tǒng)的電池回收技術(shù)存在工藝流程長、環(huán)境足跡重、鋰回收率低等問題。”鐘發(fā)平介紹,他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)了退役磷酸鐵鋰電池脫氟提鋰技術(shù),攻克了有效規(guī)避黑粉中氟含量高和鋰浸出液中雜質(zhì)組分濃度高的難題,實(shí)現(xiàn)了高效率選擇性提鋰在電池回收領(lǐng)域的應(yīng)用。

  從電池的原材料生產(chǎn)到退役回收,鐘發(fā)平的科研和創(chuàng)業(yè)歷程,是我國儲(chǔ)能電池技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展、產(chǎn)業(yè)鏈不斷拓展延伸的一個(gè)縮影。1991年,鐘發(fā)平從武漢大學(xué)化學(xué)系博士畢業(yè)后,先后任職于中國科學(xué)院化學(xué)研究所和清華大學(xué),也曾在原國家科委國家高技術(shù)新型儲(chǔ)能材料工程開發(fā)中心暨鎳氫電池中試基地?fù)?dān)任總工程師,并順利完成中試工作。

  鎳氫電池廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、筆記本電腦、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域,其生產(chǎn)的關(guān)鍵材料是連續(xù)化帶狀泡沫鎳。“當(dāng)時(shí),我國還不能規(guī)?;a(chǎn)連續(xù)化帶狀泡沫鎳。”鐘發(fā)平說,在一次與外商的談判中,對方把泡沫鎳的價(jià)錢抬高到每平方米30美元。鐘發(fā)平暗下決心,“要把關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在自己手中”。

  1997年,鐘發(fā)平帶著研發(fā)的連續(xù)化帶狀泡沫鎳生產(chǎn)技術(shù)專利,回到家鄉(xiāng)湖南,租下了一間廢棄食堂,和幾個(gè)志同道合的伙伴一起,探索科技成果產(chǎn)業(yè)化之路。

  沒有可供借鑒的技術(shù)路線,沒有生產(chǎn)設(shè)備,鐘發(fā)平就帶著研發(fā)人員自己設(shè)計(jì)、制造。白天,他們在搭建的簡易中試產(chǎn)線上不斷調(diào)試;夜晚,鐘發(fā)平在簡陋廠房中給同事們講解化學(xué)、物理、機(jī)械知識(shí),探討工藝技術(shù)難點(diǎn)……經(jīng)過數(shù)百個(gè)日夜,他們創(chuàng)新探索出磁控濺射氣相層積鍍鎳法,解決了材料的高韌性、高強(qiáng)度和高一致性等難題。

  1998年秋,鐘發(fā)平創(chuàng)辦的長沙力元新材料有限公司(現(xiàn)為湖南科力遠(yuǎn)新能源股份有限公司),成功研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的連續(xù)化帶狀泡沫鎳產(chǎn)品,填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

  2008年,面對節(jié)能與新能源汽車發(fā)展的大趨勢,科力遠(yuǎn)公司開始從民用電池向汽車動(dòng)力電池領(lǐng)域進(jìn)軍。經(jīng)過全力科研攻關(guān),鐘發(fā)平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制出國內(nèi)首條鎳氫汽車動(dòng)力電池全自動(dòng)生產(chǎn)線,將混合動(dòng)力汽車用電池關(guān)鍵核心材料及動(dòng)力電池的技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)規(guī)模和智能制造能力做到世界前列,成為多家車企混合動(dòng)力電池的主供應(yīng)商。

  深耕先進(jìn)儲(chǔ)能材料和技術(shù)研發(fā)

  在常德力元新材料有限公司的電池材料生產(chǎn)車間里,一臺(tái)臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備正在穩(wěn)定運(yùn)行。車間樓頂,面積約3.3萬平方米的太陽能光伏板“矩陣”將光能源源不斷地轉(zhuǎn)化為電能,并通過分布式微網(wǎng)新能源儲(chǔ)能系統(tǒng),滿足工廠的生產(chǎn)用電需求。

  常德力元公司總經(jīng)理嚴(yán)勇介紹,在用電高峰或者外部電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),這套儲(chǔ)能系統(tǒng)可以迅速切換,保證關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備和安全系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。

  我國能源結(jié)構(gòu)以火電為主,推動(dòng)節(jié)能減排降碳,需要大力發(fā)展以風(fēng)光電為主的新能源。“風(fēng)電、光伏具有隨機(jī)性、波動(dòng)性等特點(diǎn),集中式的大規(guī)模接入,會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)無法消納,最終出現(xiàn)‘棄風(fēng)棄光’的問題。”鐘發(fā)平說,這就需要大力發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)和設(shè)備,在用電低谷時(shí)把多余的電能存儲(chǔ)起來,在用電高峰時(shí)把電能釋放出來,實(shí)現(xiàn)削峰填谷。

  早在2005年,鐘發(fā)平就已創(chuàng)建湖南省先進(jìn)儲(chǔ)能材料工程研究中心,研發(fā)電池和儲(chǔ)能技術(shù)。2009年,國家發(fā)展改革委批準(zhǔn)同意,該中心升級為先進(jìn)儲(chǔ)能材料國家工程研究中心,這也是我國首個(gè)先進(jìn)儲(chǔ)能材料和儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的國家級平臺(tái)。

  2011年11月,鐘發(fā)平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的分布式微網(wǎng)新能源儲(chǔ)能系統(tǒng),在第十三屆中國國際高新技術(shù)成果交易會(huì)上首發(fā),并在深圳市南山區(qū)投入使用。“該系統(tǒng)既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,也可以獨(dú)立運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電最大化、分布式儲(chǔ)能壽命優(yōu)化、用電負(fù)荷節(jié)約化。”先進(jìn)儲(chǔ)能材料國家工程研究中心總工程師賀持緩介紹。

  近年來,鐘發(fā)平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域不斷加大研發(fā)力度,探索出“鎳氫+鋰電”混儲(chǔ)系統(tǒng)技術(shù),將鎳氫電池的高功率、高安全性、長壽命、寬溫域優(yōu)勢與磷酸鐵鋰電池的高能量密度、低成本優(yōu)勢結(jié)合,進(jìn)一步破解儲(chǔ)能安全與壽命難題。

  開展跨學(xué)科、跨專業(yè)、跨領(lǐng)域交叉創(chuàng)新

  武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,對地觀測新技術(shù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi),科研人員王磊正在調(diào)試一臺(tái)新研發(fā)的紅外差分吸收二氧化碳廓線探測激光雷達(dá)。只見他小心地調(diào)整著激光發(fā)射器的角度,確保光束穿透大氣層捕捉到細(xì)微的二氧化碳吸收光譜,二氧化碳濃度的輪廓線在電腦屏幕上逐漸清晰。

  “紅外光中的某些波長會(huì)被二氧化碳分子吸收,這種特性反映在遙感衛(wèi)星圖上,經(jīng)過處理,會(huì)呈現(xiàn)出不同區(qū)域光強(qiáng)明暗的變化,以此可以判斷二氧化碳濃度的高低。”武漢大學(xué)碳中和研究院副院長韓舸介紹,近年來,研究團(tuán)隊(duì)聚焦大氣遙感碳監(jiān)測技術(shù),成功實(shí)現(xiàn)了溫室氣體激光雷達(dá)核心硬件的國產(chǎn)化,助力我國發(fā)射了世界首顆激光碳監(jiān)測衛(wèi)星。

  在此基礎(chǔ)上,2024年6月,武漢大學(xué)碳中和研究院正式揭牌成立。“‘碳中和’這樣的系統(tǒng)性工程,離不開跨學(xué)科、跨專業(yè)、跨領(lǐng)域的交叉創(chuàng)新。”受邀擔(dān)任武大碳中和研究院首任院長的鐘發(fā)平介紹,碳中和研究院整合武大電子信息學(xué)院、化學(xué)和分子科學(xué)學(xué)院、測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位的科研力量,合作攻關(guān),進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)領(lǐng)域研究。

  在山東的中國石化勝利油田,武漢大學(xué)副校長龔?fù)淌趫F(tuán)隊(duì)研制的小型化二氧化碳、甲烷同時(shí)觀測激光雷達(dá)裝備已經(jīng)成功應(yīng)用,能夠?qū)τ吞镩_采過程中的甲烷泄漏、二氧化碳排放實(shí)施高精度監(jiān)測。“根據(jù)企業(yè)提出的需求,我們計(jì)劃進(jìn)一步發(fā)揮碳中和研究院的學(xué)科交叉優(yōu)勢。”鐘發(fā)平說,比如測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和遙感信息工程學(xué)院,可利用遙感技術(shù)監(jiān)測碳排放和碳匯;動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院、電子信息學(xué)院、化學(xué)和分子科學(xué)學(xué)院可以合作開發(fā)新型電力系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)……

  “培育和發(fā)展碳中和領(lǐng)域新質(zhì)生產(chǎn)力,離不開‘跨界’人才的引領(lǐng)。”鐘發(fā)平表示,面向未來,將進(jìn)一步發(fā)揮先進(jìn)儲(chǔ)能材料國家工程研究中心、武漢大學(xué)碳中和研究院等平臺(tái)作用,在基礎(chǔ)科學(xué)、關(guān)鍵共性技術(shù)難題上開展協(xié)同攻關(guān),助力能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。

  《 人民日報(bào) 》2024年12月13日 06 版 記者 禹偉良 范昊天



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