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11月17日,在2024世界青年科学家峰会全体大会上,宁德时代首席科学家、“国家卓越工程师”称号获得者吴凯,作了题为《新能源革命与可持续发展——青年科学家的使命》的主旨分享。

吴凯讲述了人类对能源利用的历次进步,他和团队在电池材料方面的突破创新,鼓励青年科学家致力原创性创新、开放式创新和融合性创新,让使命感反哺内心、给予力量、指引前行。今日,我们特此摘编,以飨读者。

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吴凯,宁德时代首席科学家,2023年国家科学技术进步奖二等奖获得者,2024年荣获“国家卓越工程师”称号。

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新能源革命与可持续发展——青年科学家的使命

大家好!我是宁德时代的吴凯。

今天到场的很多都是各个领域的青年科学家,大家都是20后、30后,像我这个50后其实也没什么特别的,甚至比大家起步还晚一些。我是在30多岁这个年龄才找到了适合自己的事业,就是做电池的研发。后来在宁德这个小城研究和制造电池。一干就是二十多年,也积累了一些心得和体会。今天我想和大家交流分享的主题是:新能源革命与可持续发展——青年科学家的使命!

新能源新在何处

毫无疑问,世界正在经历巨大的变革,推动这个变革的一个重要力量就是能源。回望过去,人类的生产模式、生活方式的巨大改变都是从能源的进化开始。在长达数千年人类文明中,无论是在哪个地区生活,其实生活都是很类似的,大家烧木柴取暖,驯化动物背负重物进行交易。

直到第一次工业革命,人类才开始懂得大规模使用煤炭,同时人们可以乘坐火车快速到达目的地,为全球化按下了启动键。第二次工业革命兴起,是电能这个二次能源发挥了重要作用。人们用上了电灯,有了电话,人类又进入了电气时代。

进入21世纪,人类对能源的利用进步到了可持续利用能源。于是,风、光、这些一次能源又一次回到了人们的视野。大家称现在的时代叫作“新能源时代”。

现在很多人谈化石能源色变,我认为这个大可不必。每一种能源都有局限性,没有好坏之分,因为科技的及时出现才能够为人类所用,在不同时代大放异彩。太阳能、风能这些能源自古有之,为什么我们今天管它叫新能源呢?一个重要的内涵,就是我们现在终于克服了这些能源的局限性,创新出了收集、应用它们的办法。比如我们可以利用电池做大规模的储能,这些新技术的出现,才使得它有了新应用,所以我们称之为新能源。

我们实现了钠电池

大规模应用的“从0到1”

2019年,诺贝尔化学奖授予了古迪纳夫、惠廷厄姆和吉野彰先生,表彰他们在锂电池领域作出的原创性创新,推动了人类社会的进步。颁奖词提到,锂离子电池已经彻底改变了我们的生活,为无线、无化石燃料社会奠定了基础,为人类带来了最大的效益。

锂电池大规模产业化发源于日本、兴盛于中国,但是没有这三位科学家的原创性贡献,一切无从谈起。这也教给我们:科学家要去做原创性创新。真正能推动人类社会进步的一定是原创性创新。

电池的原创性创新在于材料体系。我们找到比容量高、氧化还原电位高、循环寿命长、化学稳定性高、导电性好、资源丰富的正极材料,这就宛如大海捞针。同时,我们还要找到具备同样这些优秀特点性能的负极、电解液、隔膜等,这个就更难了。

要把它变成产品,真正为人类服务,我们还要在电化学、力、热等多物理场耦合的环境中要保持好体系的稳定性,更是难上加难。但是往往越难突破的技术,越会对社会产生深远的影响。

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在21C创新实验室奠基的时候,诺贝尔奖获得者古迪纳夫发来贺信:作为锂离子电池技术的行业先锋,21C创新实验室的研发成果将使社会大受裨益。

我们和团队很大的一部分精力就是在做电池材料体系的原创性创新。2021年我们在全球率先推出钠离子动力电池在新能源汽车的应用。在零下20度低温环境中,能拥有90%以上的放电保持率,并实现了量产。

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2021年,宁德时代在全球率先实现钠离子动力电池在新能源车上的应用。

在上个月我们推出了第二代钠电池,能够在零下40度的环境中正常放电。这可以说是一个历史性的突破。我们实现了钠电池大规模应用的“从0到1”。这项原创性创新也打破了电池低温的局限性,电池终于可以大规模在极寒地区服役。

除钠离子电池的创新以外,我们还做了凝聚态电池,现在已经能帮助吨级的民营飞机飞上天了。全固态电池的研发我们也在进一步突破,还有无贵金属电池,锂空气电池等,都在同步做研发。

好的技术不能独乐乐

要众乐乐

大力发展新能源,源于一个共同的使命:减少碳排放,阻止全球气候变暖。世界气象组织报告显示,今年将成为自1850年有气象记录最热的年份。全球1.5摄氏度的控温目标,现在看来这个目标岌岌可危。

阻止全球气候变暖是人类共同责任,需要每个国家都能够用上清洁能源的先进技术,我们要做的就是在技术层面实现开放式的创新。

开放式创新意味着技术的多样性,意味着创新主体的活跃。现在我们提到动力电池,人们立刻就会想到磷酸铁锂电池、NCM三元电池,它们几乎占据了全部的动力电池市场。今年我们全球的锂离子动力电池的出货量将超过1个T瓦时(即1亿千瓦时),是十年前的100倍。

铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池曾经是电动化的绝对主力,长江后浪推前浪,它们最终被具有更好性能的电池技术所取代。只有技术上的百家争鸣,才能在不断竞争中逼近性能的极限。

开放式创新要求技术具有高流通性。好的技术不能独乐乐,要众乐乐。如何才能让全球共同分享技术红利?一种办法就是技术用于产品,产品出口到全世界,另一种办法就是技术专利的许可。当前全球化的进程有所放缓,但企业间的技术交流应该继续加速。

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21C创新实验室聚焦于能源存储转化领域的前沿基础问题研究,致力于成为全球新能源领域的创新高地和技术引领者。

作为绿色能源全球供应商,我们不仅有先进的动力电池技术,我们有能够达到DPPB也就是十亿分之一缺陷管控的大规模制造技术,还有零碳“灯塔工厂”的整体解决方案。为了这些技术能够应用得更广泛,我们创造了LRS模式,通过许可(Licenses)、授权(Royalty)和服务(Services)的方式,使得合作伙伴可以更快使用我们的技术和产品。我们相信技术的流通可以极大加快世界绿色低碳的进程。

开放式创新也意味着技术的协同性,企业、高校、研究院等不同主体共同参与创新的过程。

我们刚做电池研发的时候就遇到一个困惑,我们拿出一个技术,自我感觉很好,为什么合作伙伴并不采纳?后来发现是因为技术与实际需求可能并不匹配,大家对于技术的理解也不尽相同。后来我们就加大了与合作伙伴资源共享、知识交流、团队沟通的力度,技术创新的效率得到了大幅提升。

在当下,面临的复杂问题越来越多,不同创新主体之间技术协作也在变得越来越重要。

融合性创新

年轻科学家们更有优势

以原创性创新为目标,以开放性创新为手段,我们是不是还能做到事半功倍?

这就需要融合性创新。我想在这点上,在座的年轻科学家们更有优势。大家处于一个知识大爆炸的时代,科学家很多都精于多个学科,在交叉学科上都很有造诣,这对现代科学研究大有裨益。

电池领域,我们利用AI智能筛选材料,原来可能需要一两年时间的工作,现在个把月时间就可以完成。利用AI大模型可以实现动力电池寿命的精准计算。利用先进的光学技术,电池微米级的缺陷也无所遁形,大幅度降低产品漏检率。不同领域的融合创新是产业界发展的加速器。

最后,想和大家分享一下对使命的理解。我们最开始研究动力电池的时候,那时候电池充电10个小时,只能支持新能源汽车跑100多公里,市场上的声音更多是质疑甚至是嘲笑。很多人觉得动力电池驱动车这就是天方夜谭。

是什么让我们坚持下去?是科学上的一点自信。因为我们清楚我们的材料潜力还有很大,动力电池性能还可以实现大幅度的提升。

习近平总书记2014年就指出,发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。这给我们巨大的鼓舞,也坚定了我们的信念。我们动力电池是能够为国家做点儿事的。

又过了几年,全球加速绿色低碳转型,我们的产品出口到了全球60多个国家和地区,得到了全球的认可。这使我们感到非常自豪,能够为人类的绿色未来出一份力了。

我想我们的使命有三重:一是科技使命,二是国家新能源使命,三是人类未来的使命。这些使命不是别人给的,而是通过学习和工作,在我们内心产生的。面对困难的时候,使命感会反哺我们内心,给予我们力量,指引我们前行。

最后,我相信我们每一位青年科学家都有属于自己的使命,虽然各有不同,但最终一定是汇聚到人类进步的长河当中,你们终将改变世界。所以无论如何,请坚持下去,无畏质疑、使命必达!

谢谢大家。