能源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)背景下，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已上升至國家能源安全的戰(zhàn)略高度。在關(guān)乎國家能源安全的戰(zhàn)略藍(lán)圖中，電池技術(shù)正成為破局的關(guān)鍵——它既是可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)的“穩(wěn)定器”，也是新能源汽車與智能電網(wǎng)的“心臟”。

▲潘文鼎在日內(nèi)瓦發(fā)明展

香港大學(xué)青年學(xué)者潘文鼎的科研軌跡，恰似一滴折射時代光芒的水珠。面對已趨于成熟的鋰電池市場，他決定挑戰(zhàn)鋁/鎂電池技術(shù)難點(diǎn)。這一選擇不僅需要學(xué)術(shù)勇氣，更源于對國家戰(zhàn)略需求的敏銳洞察——我國鋰資源對外依存度高，而鋁、鎂在地殼中豐度極高，發(fā)展多價金屬電池正是破解“資源卡脖子”的戰(zhàn)略支點(diǎn)。針對多價離子傳質(zhì)效率低下和界面副反應(yīng)嚴(yán)重這兩大核心瓶頸，他創(chuàng)新性地提出了“濃度場-界面結(jié)構(gòu)協(xié)同調(diào)控”策略，并通過設(shè)計新型的“水系凝膠”半固態(tài)電解質(zhì)，成功實(shí)現(xiàn)了對離子傳輸路徑的解耦調(diào)控。他主導(dǎo)研發(fā)的水系鋁離子電池，關(guān)鍵性能指標(biāo)已躋身國際領(lǐng)先行列。

當(dāng)潘文鼎的科研成果摘得日內(nèi)瓦國際發(fā)明展金獎等重量級榮譽(yù)時，人們看到的不僅是一項項學(xué)術(shù)突破，更是一個縮影：在國家《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》的指引下，無數(shù)像潘文鼎這樣的科研工作者，正以交叉學(xué)科為矛，以基礎(chǔ)研究為盾，在能源安全的戰(zhàn)場上構(gòu)筑起一道看不見的長城。

初心如熾赴征程

潘文鼎的學(xué)術(shù)探索，恰似一場跨學(xué)科的思維漫游。從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡稱“中科大“）的嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)理訓(xùn)練到香港大學(xué)的能源材料研究，他始終在打破學(xué)科邊界的征程中尋找創(chuàng)新突破口。

“中科大以卓越的數(shù)理基礎(chǔ)聞名，但在我看來，母校真正的特色在于構(gòu)建了學(xué)科交叉的創(chuàng)新生態(tài)?！迸宋亩φf。彭良明教授的“材料測試方法”課程成為他進(jìn)行跨學(xué)科探索的起點(diǎn)。在盧德唐教授、胡秀章教授指導(dǎo)下，完成頁巖井各向異性力學(xué)模型畢業(yè)論文，讓他深刻體會到科研的嚴(yán)謹(jǐn)性。這種跨學(xué)科思維與嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的結(jié)合，在潘文鼎后續(xù)的科研實(shí)踐中得到了充分體現(xiàn)。

大三時潘文鼎做出了一個艱難卻堅定的抉擇：放棄唾手可得的保研名額。選擇香港大學(xué)，源于雙重考量：梁耀彰教授在能源領(lǐng)域的深厚學(xué)術(shù)積淀極具吸引力，課題組富有活力的科研氛圍符合他的學(xué)術(shù)性格。

▲潘文鼎（左二）與導(dǎo)師及團(tuán)隊成員合照

博士階段，梁耀彰教授、王夷飛教授對實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)要求嚴(yán)格。每次組會上匯報電池數(shù)據(jù)時，他們總會追問數(shù)據(jù)的可重復(fù)性。這種嚴(yán)格的訓(xùn)練讓潘文鼎將此視為科研的生命線?！盁o法復(fù)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)就像地基不牢的建筑，隨時可能坍塌?！迸宋亩φf。

在香港大學(xué)能源實(shí)驗(yàn)室的跨學(xué)科實(shí)踐中，潘文鼎與化學(xué)背景的王慧至教授、趙巖博士的思維碰撞，使他快速掌握了電解液基團(tuán)設(shè)計等化學(xué)知識。通過中英文對照研讀《電化學(xué)原理》，他迅速補(bǔ)齊了化學(xué)學(xué)科的短板，更建立起從力學(xué)視角解析離子輸運(yùn)的獨(dú)特研究路徑。

在梁教授的教導(dǎo)下，潘文鼎參與的第一個研究項目是金屬空氣電池相關(guān)課題。跟隨王夷飛教授，他探索如何將鋁與正極的氧化還原反應(yīng)結(jié)合，通過鋁的消耗實(shí)現(xiàn)高能量輸出。然而，鋁只能被消耗而無法重復(fù)利用，這促使他將研究方向轉(zhuǎn)向離子電池領(lǐng)域——在那里，正負(fù)極材料通過可逆的溶解沉積過程實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。雖然當(dāng)時在美國斯坦福大學(xué)工作的戴宏杰教授已在《自然》（Nature）發(fā)表的離子液體電解液研究為鋁金屬的可逆利用提供了可能，但潘文鼎發(fā)現(xiàn)離子液體存在強(qiáng)酸性腐蝕負(fù)極和成本過高等問題，最終推動他轉(zhuǎn)向開發(fā)水系可逆鋁金屬電池的研究方向。

“實(shí)現(xiàn)鋁的水系可逆性異常困難，當(dāng)時幾乎沒有文獻(xiàn)可以參考。長達(dá)1年的實(shí)驗(yàn)嘗試都未能取得突破，直到我從美國馬里蘭大學(xué)王春生教授的鹽包水（water-in-salt）概念中獲得靈感。”這個通過增加鹽濃度、減少水比例來抑制水活性的方法，啟發(fā)他將電解液從溶液逐步濃縮至半固態(tài)狀態(tài)。當(dāng)鹽濃度高到一定程度，鋁金屬竟然實(shí)現(xiàn)了可逆性。后續(xù)的熱力學(xué)模擬也證實(shí)了這一體系的特殊性。

在相關(guān)課題探索上，潘文鼎經(jīng)歷過無數(shù)次失敗。挫折讓他明白，突破往往發(fā)生在跳出固有思維框架之后。如今任教香港大學(xué)，他常以自身經(jīng)歷鼓勵學(xué)生：當(dāng)研究陷入瓶頸時，既要保持耐心堅持嘗試，也要主動參加學(xué)術(shù)交流，從不同領(lǐng)域?qū)ふ异`感。

從力學(xué)到能源材料研究，潘文鼎的學(xué)術(shù)轉(zhuǎn)型在外人看來跨越很大，但他卻看到了學(xué)科間的相通性。他堅信電池技術(shù)將迎來新的革命，中國能源產(chǎn)業(yè)還有巨大發(fā)展空間。當(dāng)有人質(zhì)疑電動車發(fā)展已到頂峰時，他看到的卻是新一代電池技術(shù)正在孕育的無限可能。

乘風(fēng)破浪踏足行

在能源存儲技術(shù)快速迭代的今天，電池安全性與能量密度的平衡成為全球科研攻關(guān)的核心命題。潘文鼎通過跨體系創(chuàng)新，在鋰電池固態(tài)化和水系準(zhǔn)固態(tài)電池研發(fā)領(lǐng)域開辟了獨(dú)特的技術(shù)路徑，研究成果不僅為多價金屬電池發(fā)展提供了新范式，更通過產(chǎn)學(xué)研深度融合，探索出從實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)到產(chǎn)業(yè)落地的完整創(chuàng)新鏈條。

在鋰電池領(lǐng)域，固態(tài)化研發(fā)的緊迫性源于有機(jī)電解液易燃的安全隱患。即使電解液實(shí)現(xiàn)99%固態(tài)化，殘留的1%液態(tài)成分仍可能引發(fā)危險反應(yīng)?！斑@促使我們思考：水系電池是否仍須追求完全固態(tài)？通過深入研究，我們發(fā)現(xiàn)水系電解質(zhì)具有本質(zhì)安全性，準(zhǔn)固態(tài)即可兼顧安全與性能?！迸宋亩F(tuán)隊的準(zhǔn)固態(tài)創(chuàng)新方案巧妙利用了水優(yōu)異的離子傳輸能力，同時通過聚合物基質(zhì)抑制了水的分解和腐蝕傾向。

鋰電池的固態(tài)化要求則截然不同，它必須實(shí)現(xiàn)99.99%以上的固態(tài)純度，這源于鋰金屬負(fù)極的特殊需求。潘文鼎解釋：“傳統(tǒng)石墨負(fù)極容量有限，硅碳負(fù)極又存在壽命缺陷，而金屬鋰負(fù)極能實(shí)現(xiàn)能量密度跨越式提升，任何殘留的液態(tài)電解質(zhì)都會與鋰金屬發(fā)生劇烈反應(yīng)?！币虼藞F(tuán)隊通過原位固化技術(shù)控制含鹽量，在保障安全性的同時維持了離子傳輸性能。

值得注意的是，潘文鼎團(tuán)隊在水系準(zhǔn)固態(tài)電池研發(fā)中積累的界面層構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)，為鋰電池固態(tài)化提供了他山之石——在正負(fù)極之間形成的均勻過渡層，顯著改善了離子遷移效率，這種跨體系的技術(shù)遷移成為科研創(chuàng)新的內(nèi)生動力。

對離子傳輸機(jī)制的深刻理解，恰如一把鑰匙，為破解鎂電池百年難題提供了全新思路。.鎂電池的研發(fā)始于20世紀(jì)20年代，理論上，鎂離子作為雙電荷載體，其容量貢獻(xiàn)應(yīng)優(yōu)于單電荷的鋰離子，但實(shí)際性能卻長期停滯不前。潘文鼎團(tuán)隊在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）發(fā)表的研究揭示了關(guān)鍵機(jī)制：“在水系電解質(zhì)中，氫離子的遷移速度遠(yuǎn)超鎂離子，導(dǎo)致鎂離子尚未到達(dá)反應(yīng)界面，氫離子就已搶先完成反應(yīng)?！边@一發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知，團(tuán)隊創(chuàng)新性地采用長鏈聚合物束縛氫離子，為鎂離子開辟傳輸通道，最終實(shí)現(xiàn)了水系鎂電池能量密度200Wh/kg的突破性進(jìn)展。

“盡管200Wh/kg的能量密度與鋰電池仍有差距，但相較此前僅50Wh/kg的水平，已是質(zhì)的飛躍?！迸宋亩ν嘎叮邪l(fā)過程中，團(tuán)隊曾遭遇電解質(zhì)合成難題——初期實(shí)驗(yàn)效果顯著，但重復(fù)性極差。經(jīng)過系統(tǒng)排查，團(tuán)隊偶然發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)需要在80℃烘箱中經(jīng)歷24小時充分重整才能形成理想聚合結(jié)構(gòu)?！皽囟群蜁r間變量須嚴(yán)格把控，就像孫悟空在太上老君的爐里需要49天淬煉，少一天都煉不出火眼金睛?！迸宋亩φf。

基于這些科研成果，潘文鼎在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）、《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）、《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）等領(lǐng)域內(nèi)權(quán)威期刊上以第一作者或通訊作者身份發(fā)表了多篇高水平學(xué)術(shù)論文，系統(tǒng)性地闡述了在多價金屬電池領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)與見解。這些成果不僅獲得了學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可，更斬獲了包括2024年第49屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展金獎（第一完成人）在內(nèi)的多項國際大獎，得到了國際創(chuàng)新領(lǐng)域的肯定。

這些學(xué)術(shù)榮譽(yù)及后來在產(chǎn)業(yè)突破中取得的成績，正是潘文鼎堅持基礎(chǔ)研究與應(yīng)用創(chuàng)新并重的最佳印證。.在電池技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的道路上，團(tuán)隊經(jīng)歷了從基礎(chǔ)研究到商業(yè)化的完整閉環(huán)。“專利申請、產(chǎn)業(yè)對接、自主創(chuàng)業(yè)成立‘金屬動力’公司，團(tuán)隊響應(yīng)梁老師號召，推動高性能電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化?！迸宋亩榻B。

創(chuàng)業(yè)過程并非坦途，在尋求投資時，團(tuán)隊需要面對投資人的各種評估，從技術(shù)可行性到市場潛力，每個環(huán)節(jié)都需要充分論證。起初沒有外部資源支持，團(tuán)隊每天需要密集接觸投資人。香港量子人工智能實(shí)驗(yàn)室的介入為團(tuán)隊提供了關(guān)鍵助力，憑借與大型企業(yè)的合作關(guān)系，實(shí)驗(yàn)室為團(tuán)隊搭建了技術(shù)對接的橋梁，加速了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

在與企業(yè)合作中，團(tuán)隊逐漸認(rèn)識到，科研成果的商業(yè)化不能僅靠技術(shù)優(yōu)勢，更需要理解市場需求。“科學(xué)家創(chuàng)業(yè)充滿認(rèn)知沖突。團(tuán)隊曾困惑于為何性能優(yōu)異的產(chǎn)品市場反響平平，后來意識到從實(shí)驗(yàn)室樣品到消費(fèi)產(chǎn)品存在巨大的鴻溝，必須找到電池技術(shù)的真實(shí)應(yīng)用場景?！迸宋亩φf。

香港量子人工智能實(shí)驗(yàn)室的陳冠華老師及他的學(xué)生胡子洋老師提供了關(guān)鍵指導(dǎo)，幫助團(tuán)隊建立了商業(yè)化思維，并最終形成了清晰的技術(shù)路線。目前，團(tuán)隊已有兩條產(chǎn)品線——鋁鎂電池聚焦高精尖領(lǐng)域，全固態(tài)鋰電池主攻消費(fèi)市場。與藍(lán)京新能源合作，團(tuán)隊正通過產(chǎn)線測試驗(yàn)證技術(shù)的可擴(kuò)展性，為最終推向市場做準(zhǔn)備。

從學(xué)術(shù)論文到市場化探索，潘文鼎團(tuán)隊用執(zhí)著的科研堅守，完成了基礎(chǔ)研究—技術(shù)突破—產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新閉環(huán)。正如團(tuán)隊在產(chǎn)線測試中驗(yàn)證的那樣，當(dāng)科學(xué)家精神與商業(yè)思維碰撞，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)與市場需求對接，能源技術(shù)的未來圖景正變得越發(fā)清晰。這條充滿挑戰(zhàn)的產(chǎn)業(yè)化之路，或許正是中國科研工作者回答“卡脖子”問題的時代答卷。

同心筑夢譜新篇

潘文鼎在團(tuán)隊管理中巧妙平衡了學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)性與創(chuàng)新自由度，其“嚴(yán)肅活潑”的管理理念在實(shí)踐中展現(xiàn)出獨(dú)特成效。開放包容的團(tuán)隊文化，既為個體成長保留足夠的科研緩沖帶，又通過外部合作引入跨學(xué)科養(yǎng)分。

▲博士畢業(yè)，潘文鼎（右）與導(dǎo)師梁耀彰教授合影

團(tuán)隊與香港大學(xué)支春義教授建立了緊密合作，其在水系鋅離子電池領(lǐng)域的前瞻性研究為鋰電池研發(fā)提供了新思路。同時，團(tuán)隊與大連理工大學(xué)的東明教授合作則引入了熱物理視角，為突破電池性能瓶頸提供了新方法；與德國馬克斯·普朗克研究所的.狄克·拉貝（Dierk Raabe）院士開展國際合作，其從金屬力學(xué)角度分析固態(tài)電解質(zhì)中枝晶生長與斷裂機(jī)制的研究，為團(tuán)隊提供了全新的視角。

“香港國際化的平臺吸引了來自斯坦福大學(xué)、英國牛津大學(xué)等頂尖學(xué)府的優(yōu)秀學(xué)者，他們每年都會定期來訪交流。同時，團(tuán)隊積極與內(nèi)地合作，‘香港研發(fā)+內(nèi)地轉(zhuǎn)化’的模式，既利用了香港的人才集聚效應(yīng)，又充分發(fā)揮了內(nèi)地的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢?！迸宋亩φf。

科研環(huán)境正經(jīng)歷深刻變革。通過參與學(xué)術(shù)會議，潘文鼎深刻觀察到：現(xiàn)代科學(xué)研究已突破傳統(tǒng)單打獨(dú)斗的模式，轉(zhuǎn)而強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科、跨機(jī)構(gòu)的緊密協(xié)作?！霸诰唧w實(shí)踐中，協(xié)作體現(xiàn)為多維度的知識融合。如與海外頂尖高校合作，將國際前沿理論與本土需求相結(jié)合；跨地域研究團(tuán)隊的支持，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用的銜接。更值得提及的是學(xué)術(shù)傳承的力量，資深導(dǎo)師的指導(dǎo)，構(gòu)建了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲蟹椒ㄕ摽蚣?；而家庭成員的長期支持，則為研究提供了不可或缺的情感基石。這些協(xié)作關(guān)系共同證明：科研創(chuàng)新不是單兵作戰(zhàn)而是集體智慧的結(jié)晶?！痹趧?chuàng)新征途上，潘文鼎團(tuán)隊正以跨學(xué)科協(xié)作的鑰匙，逐一打開新型儲能技術(shù)的一重重未來之門。