10月19日，在“2021（第十六屆）動(dòng)力鋰電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展國(guó)際論壇”上，中國(guó)科學(xué)院院士孫世剛作題為《電化學(xué)能源的挑戰(zhàn)和新一輪創(chuàng)新發(fā)展機(jī)遇》的演講。

#1

電化學(xué)能源是碳達(dá)峰碳中和的重要支撐

人類發(fā)展過(guò)程中的幾次工業(yè)革命都與能源息息相關(guān)，第一次工業(yè)革命是煤，第二次工業(yè)革命是石油，第三次是原子（核）能，現(xiàn)在大家談到的第四次工業(yè)革命是以可再生能源為代表。而能源問(wèn)題是人類未來(lái)50年發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)之一。

我國(guó)能源結(jié)構(gòu)是煤多、油少、氣少。我國(guó)煤儲(chǔ)量1145億噸，位居世界第三，而世界第一的美國(guó)為2273億噸，但我們的人口是他們的好幾倍。我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，2010年超過(guò)美國(guó)，成為世界最大的能源消費(fèi)國(guó)。2019年，石油消費(fèi)量6.96億噸、產(chǎn)量1.91億噸，進(jìn)口5.05億噸，對(duì)外依存度高達(dá)72%，解決我國(guó)能源安全問(wèn)題刻不容緩。此外，我國(guó)環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重，面臨很大的挑戰(zhàn)。

世界各個(gè)國(guó)家都把能源列為優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略，美國(guó)。加拿大、歐盟、德國(guó)、南非、澳大利亞、俄羅斯、中國(guó)，都制定了能源相關(guān)的行動(dòng)計(jì)劃，來(lái)推進(jìn)能源發(fā)展。

我們國(guó)家，習(xí)近平總書(shū)記在2014年6月13日的中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組會(huì)議上的講話，明確將能源消費(fèi)、供給、技術(shù)和體制的改革提高到了"革命"的高度。

習(xí)近平主席在2020年9月22日召開(kāi)的75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上表示："中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。"

碳達(dá)峰與碳中和將倒閉快速推進(jìn)能源革命∶水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、地?zé)嵋约皟?chǔ)能技術(shù)、新能源汽車等技術(shù)領(lǐng)域和綜合能源服務(wù)，進(jìn)一步發(fā)展智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)、虛擬電廠等新業(yè)態(tài)。電化學(xué)能源是碳達(dá)峰碳中和的重要支撐。

國(guó)務(wù)院2020年12月發(fā)布的《新時(shí)代中國(guó)能源發(fā)展》白皮書(shū)顯示：中國(guó)把非化石能源放在能源發(fā)展優(yōu)先位置，大力推進(jìn)低碳能源替代高碳能源、可再生能源將替代化石能源。

電力是非常重要的二次能源，我國(guó)煤炭發(fā)電目前仍占據(jù)60%以上。根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)能源研究所預(yù)測(cè)，2050年中國(guó)非化石能源發(fā)電量占比將高達(dá)91%，風(fēng)光等可再生能源需要大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能配套。

電化學(xué)能源是高效、清潔、方便靈活、應(yīng)用廣泛的二次能源。它包括幾種方式，能量轉(zhuǎn)換即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，例如燃料電池就是一個(gè)化學(xué)發(fā)電機(jī)；能量存儲(chǔ)，電能轉(zhuǎn)化為能源分子儲(chǔ)存起來(lái)，比如通過(guò)水電解產(chǎn)生氫氣，把能量存儲(chǔ)到分子；能量轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，用的時(shí)候把化學(xué)能釋放出來(lái)轉(zhuǎn)換成電能，例如電池、超級(jí)電容器。它最大的特點(diǎn)是直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能或者把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，效率高、無(wú)污染、方便靈活、可大可小、少維護(hù)、長(zhǎng)壽命。

電化學(xué)能源是國(guó)際科學(xué)重要前沿。鋰離子電池誕生于上世紀(jì)70年代，90年代實(shí)現(xiàn)商品化應(yīng)用。2019年，三位科學(xué)家獲得諾比爾化學(xué)獎(jiǎng)。今年4月份，Science期刊發(fā)布的《125個(gè)科學(xué)問(wèn)題》，其中多個(gè)問(wèn)題與電化學(xué)能源緊密相關(guān)：能量存儲(chǔ)的未來(lái)是怎樣的？我們?nèi)绾瓮黄飘?dāng)前的能量轉(zhuǎn)換效率極限？如何在微觀層面測(cè)量界面現(xiàn)象？

電化學(xué)能源在多個(gè)重大領(lǐng)域發(fā)揮重要作用：儲(chǔ)能促進(jìn)可再生能源開(kāi)發(fā)利用，動(dòng)力電池支撐新能源汽車發(fā)展，特種電池在國(guó)防、航空航天和深海探測(cè)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，電化學(xué)能源在5G/AI、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中不可或缺。

儲(chǔ)能電池促進(jìn)可再生能源開(kāi)發(fā)利用，風(fēng)光波動(dòng)性大，不穩(wěn)定，一定要配套儲(chǔ)能，從位于張北的國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程等大的示范基地來(lái)看，至少需要配備10%容量的儲(chǔ)能設(shè)施。預(yù)計(jì)到2050年，對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能的需求將達(dá)到300GW的規(guī)模，相當(dāng)于12個(gè)三峽電站。

另外一個(gè)是新能源汽車，這里有一個(gè)重要的問(wèn)題，2020年我國(guó)石油對(duì)外依存度高達(dá)72.7%,而70%是一個(gè)國(guó)家的安全底線.近年來(lái)，我們國(guó)家花費(fèi)了很大的精力拓展能源。我們發(fā)展新能源汽車不僅僅減少油的依賴，還減少二氧化碳排放，促進(jìn)雙碳目標(biāo)達(dá)成。

從2015年起，我國(guó)新能源汽車保有量連續(xù)6年居世界首位，2020年底達(dá)到517萬(wàn)輛，占我國(guó)汽車總量的1.75%，也就是實(shí)際上量還是比較少的。到2035年，保有量將增長(zhǎng)到1億輛，占汽車總量30%以上。

世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)宣布了停售燃油車的時(shí)間，如挪威、荷蘭、德國(guó)等，我國(guó)海南省以省政府行為宣布2030年停售燃油車，這個(gè)目標(biāo)和雙碳目標(biāo)相關(guān)， 對(duì)發(fā)展新能源汽車也有很大的推動(dòng)。

#2

我國(guó)電化學(xué)能源的現(xiàn)狀

我國(guó)生產(chǎn)銷售和消費(fèi)規(guī)模位居世界第一。2020年全球動(dòng)力電池企業(yè)10強(qiáng)，中國(guó)占6席，占45%的市場(chǎng)份額。但仍舊存在一些瓶頸問(wèn)題，比如與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍舊存在較大差距，缺乏我國(guó)原創(chuàng)性的電化學(xué)能源體系，主要核心技術(shù)掌握在日韓企業(yè)手中，高性能產(chǎn)品依賴進(jìn)口。

燃料電池方面，近年來(lái)，我國(guó)依賴高強(qiáng)度投資，在燃料電池組裝和加氫站建設(shè)方面逐漸縮小了與國(guó)外的差距，按照歐陽(yáng)明高院士的說(shuō)法，我國(guó)氫燃料電池開(kāi)始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期。但是存在的瓶頸問(wèn)題如缺乏關(guān)鍵核心技術(shù)，催化劑、質(zhì)子交換膜、氫循環(huán)泵等關(guān)鍵材料被卡脖子，幾乎完全依賴進(jìn)口。

超級(jí)電容器方面，軍工領(lǐng)域，對(duì)高功率提出了新的需求，要求武器系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性、隱蔽性、可靠性更強(qiáng)。中車生產(chǎn)的與國(guó)外的先進(jìn)產(chǎn)品比較，性能是相當(dāng)?shù)摹＼娍莆岢?quot;雙100"電容器"“覆性技術(shù)"的需求。故我國(guó)超級(jí)電容器基本解決軍工需求，但民用產(chǎn)業(yè)亟待發(fā)展。存在瓶頸問(wèn)題∶高性能、低成本電容活性炭制備技術(shù)；高電壓、高電導(dǎo)率、高安全性電解液等。

此外，之前2018年我在廈門參加基金委“電化學(xué)能源”雙清論壇時(shí)候，梳理了很多各個(gè)方面的技術(shù)。如二次電池的高性能、高穩(wěn)定性金屬負(fù)極、正極材料和固態(tài)電解質(zhì)等；燃料電池：高性能長(zhǎng)壽命的催化劑批量制備技術(shù)等；超級(jí)電容器：高性能、低成本電容活性炭制備技術(shù)等。

除了應(yīng)用方面，電化學(xué)能源體系本身的復(fù)雜性與挑戰(zhàn)。例如液流電池，本身有一個(gè)很復(fù)雜的體系，包括三相界面；四類通道，涉及到多學(xué)科交叉問(wèn)題如化學(xué)、物理、電化學(xué)熱物理等。問(wèn)題是缺乏界面上電化學(xué)反應(yīng)與能質(zhì)傳遞的本構(gòu)關(guān)系，挑戰(zhàn)是構(gòu)建反映電池本質(zhì)規(guī)律的完整理論。

二次電池，目前還是依據(jù)Newman模型來(lái)做設(shè)計(jì)，難點(diǎn)是缺乏理論框架，需要超越“準(zhǔn)二維模型”，完善多孔電極理論，關(guān)鍵參數(shù)的表征缺乏有效方法，模型驗(yàn)證較為困難，所以我們需要涉及多學(xué)科如化學(xué)、工程、物理、材料和產(chǎn)學(xué)研協(xié)同合作。

燃料電池可視為一個(gè)小型“化工廠”，涉及到從納米到微米到更大尺度的多尺度、多相界面、多通道傳輸、多場(chǎng)耦合，涉及到四類傳輸通道，需要化學(xué)、材料、精密制造、電子工程、物理等多學(xué)科交叉合作。

傳統(tǒng)電化學(xué)基礎(chǔ)理論面臨挑戰(zhàn)：

基本特征：空間分離、過(guò)程分離、半無(wú)限邊界

理論基本框架：平行發(fā)展、（相對(duì)）獨(dú)立的理論分支

簡(jiǎn)單耦合：表、界面過(guò)程或性質(zhì)作為傳輸過(guò)程的電界條件。

傳統(tǒng)電化學(xué)基礎(chǔ)理論面臨新發(fā)展：

新型電化學(xué)能源體系特征：

材料和器件尺度大幅降低：各種特征空間尺度差異縮小，

大電流（大功率）下的高度非穩(wěn)態(tài)：空間、時(shí)間尺度接近

電荷（電子/離子）轉(zhuǎn)移與傳輸融合一體化

新型電化學(xué)界面：超濃電解質(zhì)、固/固等多相界面、半無(wú)限邊界消失

傳統(tǒng)電化學(xué)體系中表界面反應(yīng)和傳輸過(guò)程相對(duì)獨(dú)立、簡(jiǎn)單耦合；亟需發(fā)展新型電化學(xué)體系復(fù)雜的界面反應(yīng)、傳輸?shù)冗^(guò)程高度動(dòng)態(tài)耦合的理論

#3

電化學(xué)能源的新挑戰(zhàn)：三高一長(zhǎng)

當(dāng)今社會(huì)對(duì)電化學(xué)能源的需求發(fā)生革命性的變化，比如3C電池，體積受限于電池，芯片可以做的任意小，但是電池體積不是，因此，電池能量密度不足限制了設(shè)備進(jìn)一步升級(jí)；此外還有對(duì)動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池、特種電池等要求，國(guó)家能源戰(zhàn)略、國(guó)防安全對(duì)電池提出更高的需求，總結(jié)為三高一長(zhǎng)：高能量密度、高功率密度、高安全性、長(zhǎng)循環(huán)壽命。

實(shí)現(xiàn)“三高一長(zhǎng)”面臨巨大挑戰(zhàn)，例如說(shuō)根據(jù)現(xiàn)在的電池能量密度，電動(dòng)車54L電池，大概可以跑260km，而燃油車54L汽油，可以跑700km。因此需要提升能量密度，來(lái)提升續(xù)航里程，但是同時(shí)需要考慮功率密度和安全性，面臨性能指標(biāo)顧此失彼、相互制約的困境。超級(jí)電容器功率密度高，但是能量密度低；鋰離子電池、燃料電池相對(duì)能量密度高，功率密度低，需要發(fā)展新的電化學(xué)能源體系。

要實(shí)現(xiàn)“三高一長(zhǎng)”面臨的挑戰(zhàn)：

一是復(fù)雜電化學(xué)能源系統(tǒng)需要全局優(yōu)化，即需要從動(dòng)力電池系統(tǒng)到器件、界面、材料到電子結(jié)構(gòu)通盤考慮，傳統(tǒng)研究模式往往只針對(duì)孤立對(duì)象、單一指標(biāo)進(jìn)行局部?jī)?yōu)化，無(wú)法解決“三高一長(zhǎng)”面臨的科學(xué)問(wèn)題。

另外一個(gè)挑戰(zhàn)，是電化學(xué)能源服役工況十分復(fù)雜。電動(dòng)汽車運(yùn)行中狀態(tài)轉(zhuǎn)換頻繁、隨機(jī)，電極材料和界面等受到重復(fù)沖擊，導(dǎo)致性能衰減、壽命縮短、甚至可能發(fā)生安全事故。傳統(tǒng)研究方法不適用于服役工況情況，亟需發(fā)展新的表征方法，研究電化學(xué)能源體系在復(fù)雜工況下的變化規(guī)律。

挑戰(zhàn)三：智慧能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)電池性能提出全新要求。在智慧能源互聯(lián)網(wǎng)中，電動(dòng)車也可以作為分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)，光伏發(fā)電一天之內(nèi)呈現(xiàn)周期性變化，白天發(fā)電晚上不發(fā)電，風(fēng)電光伏發(fā)電一定要通過(guò)儲(chǔ)能，再集合用戶的電動(dòng)車等去應(yīng)用。在智慧能源互聯(lián)網(wǎng)中，電化學(xué)能源是動(dòng)力電池也是儲(chǔ)能電池，對(duì)電池性能提出了更高的要求，亟需信息、管理科學(xué)等統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，保障能源網(wǎng)絡(luò)的綜合利用效率。

挑戰(zhàn)四：現(xiàn)有學(xué)科組織無(wú)法獨(dú)撐三高一長(zhǎng)的需求。現(xiàn)有電化學(xué)自身研究隊(duì)伍和有限的學(xué)科交叉，已無(wú)法完成未來(lái)電化學(xué)能源三高一長(zhǎng)的需求，需要從頂層設(shè)計(jì)在更大層面組織多學(xué)科的協(xié)同交叉。電化學(xué)能源迫切需要在組織架構(gòu)層面上實(shí)現(xiàn)多學(xué)科參與和協(xié)同，方可解決長(zhǎng)期未決的重大科學(xué)問(wèn)題，并推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研全面發(fā)展。

▉我國(guó)面臨激烈國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和突破技術(shù)瓶頸的重大需求。

國(guó)際上，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究、提前布局、搶占制高點(diǎn)

美國(guó)∶電池50O（Battery500，2016-）

日本∶創(chuàng)新電池計(jì)劃2 （Rising2，2018-）

英國(guó)∶法拉第電池挑戰(zhàn)（Faraday battery challenge，2019-）

歐盟∶電池2030+路線圖（Battery 2030+ Roadmap，2020-）

我國(guó)∶突堿破技術(shù)瓶頸、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展；科技部十四五重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)（儲(chǔ)能與智能電網(wǎng)技術(shù)、氯能技術(shù)、新能源汽車、高端功能與智能材料等）

我國(guó)尚未在重大研究計(jì)劃層面推進(jìn)電化學(xué)能源基礎(chǔ)研究，期待我國(guó)主導(dǎo)新一代電化學(xué)能源的突破。舉例來(lái)說(shuō)，英國(guó)的法拉第電池挑戰(zhàn)目標(biāo)主要在下一代技術(shù)、材料、電池等，我國(guó)科技部十四五重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車專項(xiàng)也提到了全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)、燃料電池等電池，有明確的性能指標(biāo)，希望盡快達(dá)到指標(biāo)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，這個(gè)還是有一定差距的。所以說(shuō)，加強(qiáng)電化學(xué)能源基礎(chǔ)研究，是我國(guó)科技自立自強(qiáng)的急迫需求。

我國(guó)的電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模全球最大，但都是沿用國(guó)外的科學(xué)體系；現(xiàn)有的鋰離子電池體系已經(jīng)不能滿足快速發(fā)展的需求，亟需研發(fā)超越傳統(tǒng)體系的電化學(xué)能源，適應(yīng)未來(lái)發(fā)展，在這方面國(guó)家自然科學(xué)基金委已前期布局，推進(jìn)電化學(xué)能源基礎(chǔ)研究。

#4

電化學(xué)能源新一輪創(chuàng)新發(fā)展的機(jī)遇

2017年我前頭成立中國(guó)科學(xué)院學(xué)部“電化學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究”項(xiàng)目，形成的報(bào)告結(jié)論：

1. 我國(guó)電化學(xué)規(guī)模最大，但是基礎(chǔ)研究亟需加強(qiáng)

2. 高端電子制造，比如芯片、封裝集成里面的電子電路，芯片里面的、做出很多二極管，這是腦細(xì)胞，但是需要通過(guò)電化學(xué)方式連起來(lái)。當(dāng)時(shí)我們匯報(bào)時(shí)形成了關(guān)于推進(jìn)我國(guó)電化學(xué)能源創(chuàng)新發(fā)展的建議。

基金委在2018年和2020年舉辦了兩次雙清論壇，圍繞電化學(xué)能源進(jìn)行研討。進(jìn)行了三次研討會(huì)，把“新型電化學(xué)能源”納入化學(xué)部十四五跨學(xué)部交叉的優(yōu)先領(lǐng)域。這樣一個(gè)重大計(jì)劃，應(yīng)該說(shuō)是超越傳統(tǒng)的。那么，電化學(xué)能源如何超越傳統(tǒng)體系？

我們從電化學(xué)能源的發(fā)展來(lái)看，從1800年的伏打電堆，到1970年提出鎳氫電池，這些所基于的基礎(chǔ)原理是金屬溶解沉淀/金屬氧化物轉(zhuǎn)換機(jī)制（燃料電池除外），這樣的機(jī)制限制它的能量密度、壽命等，在七十年代提出的鋰離子電池在1990年實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，它提出了新的機(jī)制，鋰離子脫出-嵌入機(jī)制，而且提出了新的材料，石墨、層狀材料，從基礎(chǔ)超越實(shí)現(xiàn)了性能大幅跨越。它的能量密度功率密度有了很大提高。三位科學(xué)家也因此獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，他們的研究超越傳統(tǒng)電化學(xué)機(jī)制、超越傳統(tǒng)電極材料和界面、超越傳統(tǒng)電池技術(shù)。

到現(xiàn)在來(lái)看，如今廣泛應(yīng)用的鋰離子電池也成為“傳統(tǒng)體系”，亟待超越。

▉怎么超越？1.能量密度的超越：逼近電池理論容量；2.機(jī)制超越：傳統(tǒng)機(jī)制→新機(jī)制→理論容量5-6倍增加；3.體系綜合性能的超越：?jiǎn)我恍阅堋叭咭婚L(zhǎng)”；4. 研究范式的超越：孤立對(duì)象→復(fù)雜體系，簡(jiǎn)單模型→復(fù)雜工況，局部調(diào)整→全局優(yōu)化，建立多學(xué)科協(xié)同交叉的組織架構(gòu)。

▉突破四大挑戰(zhàn)。

總體研究思路：通過(guò)解決"三高—長(zhǎng)"需求的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和四大挑戰(zhàn)，引領(lǐng)超越傳統(tǒng)的電化學(xué)能源科學(xué)前沿發(fā)展；針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的全局優(yōu)化，發(fā)展電化學(xué)能源體系的復(fù)雜工況研究方法，建立新范式；創(chuàng)立超越傳統(tǒng)體系的電化學(xué)能源高效轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存的理論框架， 提出新理論和新機(jī)制；解決電化學(xué)能源體系構(gòu)建、器件和系統(tǒng)集成的技術(shù)瓶頸， 創(chuàng)建自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新體系。

總體研究目標(biāo)：瞄準(zhǔn)電化學(xué)能源發(fā)展的重大瓶頸問(wèn)題，建立新的研究范式， 取得超越傳統(tǒng)體系的基礎(chǔ)研究的全面突破。形成由我國(guó)主導(dǎo)的下—代電化學(xué)能源核心技術(shù)，支撐我國(guó)能源戰(zhàn)略需求和碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)。

為應(yīng)對(duì)“三高一長(zhǎng)”的需求所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，需解決材料、界面、傳輸、系統(tǒng)四個(gè)層次的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題—∶材料，電化學(xué)能源材料構(gòu)效關(guān)系和理性設(shè)計(jì)；

研究?jī)?nèi)容∶從電化學(xué)能源系統(tǒng)"三高一長(zhǎng)"的需求出發(fā)，建立電化學(xué)能源材料加速研發(fā)平臺(tái)，結(jié)合人工智能與自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)、合成、模擬、表征、分析的全流程閉環(huán)，深入認(rèn)識(shí)電化學(xué)能源材料構(gòu)效關(guān)系，加速電化學(xué)能源新材料設(shè)計(jì)研發(fā)。

關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題二∶界面，需要探測(cè)電化學(xué)能源界面動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和過(guò)程；

研究?jī)?nèi)容∶建立工況表征和多尺度模擬新范式，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，精準(zhǔn)理解界面動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律， 推進(jìn)界面的理性設(shè)計(jì)和構(gòu)筑。

關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題三∶傳輸，電化學(xué)能源多尺度、 多場(chǎng)耦合的物質(zhì)傳輸和轉(zhuǎn)化機(jī)制；

研究?jī)?nèi)容∶結(jié)合介科學(xué)、數(shù)理、工程、信息等多個(gè)學(xué)科的先進(jìn)研究方法，揭示不同尺度下的材料內(nèi)部和各種界面間的傳輸、轉(zhuǎn)化與耦合新機(jī)制，助力電化學(xué)能源器件的集成與高效運(yùn)行。

關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題四：系統(tǒng)，電化學(xué)能源系統(tǒng)服役工況下的變化規(guī)律及調(diào)控；

研究?jī)?nèi)容：運(yùn)用傳感檢測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工況狀態(tài)和性能，通過(guò)大數(shù)據(jù)、結(jié)合人工智能，獲取服役工況下的變化規(guī)律，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的自適應(yīng)，自調(diào)整和自修復(fù) ，同時(shí)也為智能設(shè)計(jì)與智能制造提供支撐。

這樣一些關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的解決需要研究范式變革，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和人工智能的研究范式變革，實(shí)現(xiàn)三高一長(zhǎng)的電化學(xué)能源新體系的突破。

我國(guó)近些年有一些研究基礎(chǔ)，我這里列舉了一些我國(guó)學(xué)者代表研究成果，我想強(qiáng)調(diào)的是要實(shí)現(xiàn)這些研究，不可少的是借助一些大科學(xué)裝置，比如說(shuō)上海科技大學(xué)劉志教授他們建立了國(guó)際上集成度最高、綜合性能最好的軟X射線譜學(xué)研究平臺(tái)；

電池材料中子結(jié)構(gòu)研究平臺(tái)，利用中子對(duì)輕元素和磁的敏感性精確研究，電化學(xué)能源材料結(jié)構(gòu)變化和缺陷形成機(jī)理；紅外自由電子激光能源化學(xué)研究大型實(shí)驗(yàn)裝置，可以研究反射吸附、空間分辨、時(shí)間分辨實(shí)驗(yàn)線站。

▉預(yù)期可以有四大突破：

1.超越傳統(tǒng)的新材料，奠定新體系的基礎(chǔ)

2.超越傳統(tǒng)的界面理論，創(chuàng)新能量轉(zhuǎn)化機(jī)制

3.超越傳統(tǒng)的研究范式，智創(chuàng)電化學(xué)能源體系

4.超越傳統(tǒng)的新體系，實(shí)現(xiàn)三高一長(zhǎng)需求通過(guò)重大研究計(jì)劃的實(shí)施，集成化學(xué)、工材、數(shù)理、信息、管理、生物醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉的優(yōu)勢(shì)，突破現(xiàn)有體系極限，形成相關(guān)基礎(chǔ)研究的原創(chuàng)突破，力爭(zhēng)建立我國(guó)主導(dǎo)的超越傳統(tǒng)的電化學(xué)能源新體系，推進(jìn)我國(guó)電化學(xué)能源技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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