潘復生院士暢談“鎂”夢：從“千家萬戶”到“千山萬水”

本刊記者 張小紅｜文

“雙碳”目標是黨中央基于對推動構建人類命運共同體的國際擔當、對推動我國經濟社會實現可持續發展的深思熟慮而作出的重大戰略決策。潘復生院士指出，節能減排和能源轉型是保障國家能源安全、實現“雙碳”目標最重要的基本路徑，鎂行業有機會在這兩方面探索顛覆性途徑。

“30年前，當我們開始做鎂合金汽車零部件的時候，目標是讓鎂走進千家萬戶。5年之后，有50%～60%的汽車開始用鎂的零部件了。今天，在‘雙碳’目標的大背景下，鎂產業更是遇到了千載難逢的發展機會，希望通過大家的共同努力，讓鎂產品走進千山萬水！”

因看好鎂在輕量化、儲能等領域的應用，中國工程院院士、國家鎂合金材料工程技術研究中心名譽主任潘復生在接受本刊記者采訪時暢談未來“鎂”夢，他表示，鎂材料應用潛力巨大，對解決世界三大難題（資源危機、環境污染、能源危機）有重要意義，金屬鎂很有可能成為下一個時代最重要的甚至是標志性的材料之一。

鎂基材料在節能減排中大有可為

鎂在汽車上的應用

“雙碳”目標是黨中央基于對推動構建人類命運共同體的國際擔當、對推動我國經濟社會實現可持續發展的深思熟慮而作出的重大戰略決策。潘復生指出，節能減排和能源轉型是保障國家能源安全、實現“雙碳”目標最重要的基本路徑，鎂行業有機會在這兩方面探索顛覆性途徑。

在節能減排方面，潘復生表示，長期以來傳統工業做出了諸多努力，大多數已經走到極限，未來實現節能減排最有效的途徑之一就是輕量化，而如何實現輕量化，就跟鎂產業密切相關。他以汽車輕量化為例作出了剖析。實現汽車輕量化的途徑主要有兩條：一是輕量化材料，使用比強度更高或密度更小的高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維復合材料，替代傳統普通鋼結構；二是輕量化設計，通過開發全新的汽車架構實現輕量化，甚至優化車身零部件數量、縮小零部件尺寸等。

“鎂合金是目前最有效也是最環保的輕量化材料。”潘復生介紹，首先，鎂有非常好的性能潛力，其比強度高于鋼鐵、鋁合金、鈦合金，是很好的節能減排材料和綠色材料；其次，中國鎂礦資源非常豐富，占世界鎂礦資源的70%以上，儲量產量均居世界第一；再次，當前解決鎂合金性能缺點方面已有重要突破，鎂合金比強度大幅度提升，壓鑄件成本跟鋁合金接近，未來有可能比鋁合金低。“中國既有最好的資源保障，也有最好的技術保障。”潘復生說。

據悉，在汽車應用方面，現已開發出幾十種汽車鎂合金零部件，包括方向盤骨架、儀表盤支架、中控支架、顯示屏支架、空調支架、座椅座盆骨架、車門骨架、變速箱殼體、轉向鎖、電池箱等，其中鎂合金方向盤骨架已在80%以上的汽車中得到應用，儀表盤支架、中控支架、顯示屏支架、空調支架等大尺寸鎂合金零部件已在高端品牌汽車上大規模應用。“汽車用鎂合金零部件大范圍推廣還有極大潛力，單車應用量可以在當前基礎上增加20～30公斤；大規格構件一體化鑄造正在發展中，一旦成功應用，單車應用量可以超過100公斤，市場需求量可達萬億元。”潘復生說。

潘復生進一步表示，汽車大型構件一體化制造是全球汽車工業重點發展方向，應用鎂合金可以減重10%～20%，降低能耗10%以上。重慶美利信科技股份有限公司8800 噸壓鑄機是世界最大的投入運行的壓鑄機，遠超過特斯拉壓鑄機噸位，對汽車一體化制造的意義重大。重慶大學與美利信公司已開始合作試生產，對汽車行業輕量化將產生重要影響。

潘復生強調，每一個國家的先進制造業，都會蘊含一些特色技術，而輕量化可能是未來中國制造業在國際上最有特色的領域之一。從產業的轉型升級角度而言，鎂作為最有潛力的輕量化材料之一，對提升我國制造業的競爭力至關重要。

鎂基材料在能源轉型中極具潛力

和節能減排一樣，能源轉型是實現“雙碳”目標的關鍵之一，而能源轉型的主要方式是大規模應用可再生能源。由于風電、光電等可再生能源的不穩定性，無法大規模并網，導致裝機容量大幅增長的同時，使用效率卻降低，低谷期電力浪費現象十分嚴重。因此，選擇一種低成本、安全可靠的儲能技術，是當務之急。潘復生提出，相比于鋰，鎂基儲能材料具有資源儲量豐富、成本低和安全性能高的優勢，是極具潛力的新一代儲能材料。“鎂既是高效、安全的儲氫材料，也是環保高密度的安全電池材料。”潘復生說。

在能源轉型中，氫能源被廣泛認為是21世紀最具發展潛力的清潔能源，但氫氣的儲存運輸是當前氫能發展的剛性瓶頸。氫難以常溫常壓儲存，目前儲存使用的是高壓氣瓶或是低溫液態，均難以保證安全。潘復生指出，鎂是所有固態儲氫材料中，儲氫密度最高的金屬材料，達到氣態氫密度的1000 倍，液態氫的1.5倍；鎂儲氫還可以純化氫氣，提純后純度可達99.9999%，實現灰氫、藍氫向綠氫轉變；同時，由于鎂儲氫是常溫常壓，可大幅降低成本，且安全性也遠高于高壓氣態和液態儲氫。

潘復生表示，近幾年鎂基儲氫的論文篇幅明顯增多，部分技術問題正在被攻克，已走在工程化的前沿。“儲氫技術一旦突破并實現大規模應用，將從根本上改變傳統儲能問題，對能源轉型特別是對氫能戰略的實施意義重大。”潘復生說。

鋰電池是目前應用最廣泛的電池，但存在資源極度短缺、安全性差等問題。相比而言，鎂電池成本低、安全性高、燃料密度與鋰電池相當，業內認為鎂電池有可能成為電池領域的顛覆者。例如，作為負極來說，鎂電池是現在商用鋰電池負極的6倍。

“鎂離子電池發展的時間相對較短。”潘復生表示，“我們做了很多鎂產業化的前期工作，例如負極材料、電解液、正極材料等多領域多角度研究。特別是正極材料，燃料密度可以超過每公斤500萬千瓦時，而成本只有目前磷酸鐵鋰的一半左右。2022年，我們團隊研發了一種低成本、高電壓、長壽命的鎂電池正極材料，循環壽命可達到1萬次。下一步，我們將開展鎂基材料加氫站、運氫車、純化儲氫一體化、分布式儲能、動力電池五方面示范研究。”

在潘復生看來，鎂合金作為一種綠色金屬材料，其實非常有“錢”景。鎂的成本只有鋰的二十五分之一左右，有望替代目前大范圍使用的鋰電池。“鎂領域技術一旦成熟，將帶領鎂產業由目前的百億級市場直接升級為萬億級市場。”

采訪時，潘復生還提到了近年來鎂在建筑模板、家具、土壤修復、生物材料等領域的巨大應用潛力。鑒于鎂及鎂合金材料的顯著優勢及廣泛應用前景，我國對鎂產業發展高度重視，國家戰略計劃和規劃中多處涉及加快鎂合金產品的開發和應用，全球鎂及鎂合金研究也在近年呈現出爆發式增長，“國際鎂協每個月都希望跟我們交流，歐盟也希望中國保證鎂產品供應。世界鎂行業發展離不開中國。”潘復生表示，目前，鎂合金的世界研究已經從美國轉向中國，中國成為世界最大的生產大國、應用大國和研究大國，在鎂合金研究領域掌握重要話語權。

作為鎂合金國際刊物主編、國際標準化組織“鎂合金技術委員會”主席，潘復生早在2007年就牽頭組建了重慶大學國家鎂合金材料工程技術研究中心，組建了一支在國際上有重要影響的科研團隊。在他的帶領下，該中心已經成長為全球最大的鎂合金研究中心，在推動我國鎂合金產業的發展中發揮著至關重要的作用，今天，潘復生希望更多的人加入這個團隊，為實現“鎂”夢不斷努力！