深海“逼”出固态电池
深海对电池的苛刻, 首先是物理层面这一点。万米海底的静水压大约是110兆帕。如果形象地进行说明的话, 这就相当于把一辆重量为10吨的大卡车压在了手掌上。
传统的液态锂电池的闪点很低, 而且非常容易发生爆炸和燃烧。电池的外壳如果一旦发生变形, 或者电解液一旦泄漏下去, 那么哪怕是出现任何一种小故障, 都极有可能让整个科学技术考察装备彻底毁掉。
这就说明了, 深海电源这个东西, 它不能只是一个简单的“水下充电宝”, 更必须是一颗在任何情况下都极端可靠的动力来源。现在的情况是, 为了发展海洋经济, 大家给这道难题加码了。
具体的数字是这样的, 二零二五年咱们国家海洋生产总值大约是十点零二亿元, 这个数值占国内生产总值的比重是百分之七点九。还有, 一个叫“深海科技”的词, 第一次被写进了《政府工作报告》里面。
市场空间就这么跟着打开了。
根据测算的结果来看, 在未来的3年时间里面呢, 主要是以AUV/HOV动力电池还有海底实验站作为主要的组成部分, 我国水下固态电池这个市场的增速有望保持在百分之三十的水平上, 规模方面也有希望可以向着十亿元的方向进行跃升；等到了5年之后的时候, 因为海底观测网还有海上风电存储以及深海采矿这些项目会逐渐变成一种常态化的部署过程, 那么这个市场将从原来的只包括装备配套这样一个阶段扩展成为深远海能源基础设施这么一个大领域, 而规模方面也会继续向百亿元量级迈进。
然而, 关于深海电源技术的门槛是非常高的。即便是采取固态电池的方案, 其中一部分电解质的材质过于坚硬, 这情况就类似于硬邦邦且脆生生玻璃物品, 在承受力量的时候非常容易发生断裂现象；另外一部分电解质的材质又过于柔软, 这就好比是面团一样, 非常轻易就会出现形状改变的现象。
以上两种类型的电解质物质, 在面对极其巨大的水压压力环境之中, 都会造成电池功能丧失的事故结果, 甚至还会引发爆炸等等涉及安全方面的事故产生情况。
深海作业这个地方, 它其实要的就是那种能够同时满足高耐压、高比能以及高安全这三项要求的电源设备, 我们通常把这个称为“三高”电源。
刚柔并济 技术突围
要想解决在深海中给设备供电这个难题, 根本的办法就是要在材料体系这一块进行最底层的创新工作。
在《能源之光》这个新的长征篇章里, 有介绍说到事情的原委, 那就是为了去找那种既要高离子电导率又要好机械性能的东西做固态电解质材料, 崔光磊领着大家伙儿从0开始摸索配方已经10多年了, 期间一直迭代工艺、优化结构, 日复一日地重复枯燥的实验, 还有数据复盘这些活儿。
崔光磊讲, 对咱们来说, 这种状况就是败了再来, 来了又败, 反反复复，没完没了。这个经历啊, 就像当年红军过了七天的金沙江, 走了整整七天七夜那样费劲。搞科研这件事, 世界上本来就没有什么近路可以走, 只能靠咬牙坚持的劲头, 和那股子不松手的执着。
在经历了那么多次的失败之后, 崔光磊团队采用了那种刚和柔结合在一起的理念, 然后在电解质的问题上获得了突破, 在全球范围内第一次创建了“刚柔并济—三相渗流”这种复合固态电解质体系, 把“刚性骨架”和“柔性离子传输材料”给结合到了一起, 既保持了机械强度, 又兼顾了离子传导的性能。
有一个情况是需要人们注意到的, 那就是深海里面的非常高的高压, 这个压力并不完全是坏事。崔光磊这个人说, 深海所提供的非常巨大的一个压力, 反过来能够解决固和固接触时所遇到的那个很大的难题；真正的大问题在于, 电池这种设备本身必须具有承受得住这样压力的能力。
崔光磊团队最终将用于电池体系的聚合物柔性固态电解质技术推进到了工程验证的阶段, 在这一过程中, 他们所研发的电池单体的能量密度能够达到350Wh/kg以上的水平, 最高的时候甚至可以达到400Wh/kg。
并且, 他们还通过了使用针刺的方式进行的测试, 同时也通过了利用110兆帕的模拟压力舱所进行的验证。
技术的真伪, 最后还得看它能不能扛得住那些极端的情况。在2017年的时候, 第一代固态锂电池系统跟着那个叫万泉号的着陆器, 潜到了马里亚纳海沟下面的一万零九百零一米的深处, 以此来证明它在整个海洋深处的实际应用情况是在行的。
到了2018年, 这块电池又去了玛丽亚纳海沟, 给好几款能够在整个海洋深度里工作的着陆器提供电力支持, 一次性持续干活二十六天, 最大下潜深度达到了十万九千一百一米这件事儿, 直接创下了世界记录, 证明了这是深海电源在一个单次任务里持续作业的最长时间纪录。
在这之后, 他们相关的固态电池后来给“沧海”还有“鹿岭”, 以及“海斗”和“深海勇士”这些总共有12款的深海装备都提供了动力, 并且加起来一共完成了34次的下潜作业。到了2022年那个时间点, 全球的第一台兆瓦时级别的深海储能基站才终于交付了。
到了现在这个时间点为止, 深海电源系统已经连续、平稳且安全地运行了超过8000个小时的时长, 期间已经交付了200多个批次的产品, 这些批量交付的产品加起来总的容量达到了8MWh这么大的数值, 而且该系统最大的承压能力方面, 通过了在150MPa压力的条件下去进行的压力仓测试, 其实际能够工作的温度范围则覆盖从-30℃到70℃这样的一段区间。
由此可以看出来, 崔光磊团队进行了创新研发这项工作, 他们搞出了聚合物柔性固态电解质技术, 把高压耐受、低温适配等一系列核心难题给攻克了, 最后成功地把中国深海特种固态电源的技术空白给填补上了。
逆向卡位 进军低空经济等万亿蓝海
崔光磊的团队带领着中科深蓝汇泽, 他们是选择了一条反向的路径的, 这条反向路径的选定, 是基于固态电池在深海电源的场景当中完成了可靠性验证这一事实的支撑而进行的。
崔光磊把这个情况总结成了一个新的说法, 这个说法叫作“逆向卡位”。具体来说, 它的做法是先拿出一个核心切入点, 也就是万米深海极端能源场景。然后依靠这些高附加值的产品把盈利的基本盘夯实住。最后再把业务渐渐扩展到其他的民用领域里去, 比如低空经济、高端电摩以及乘用车等领域都是这样的拓展方向。
崔光磊讲, 科技这个行业的初创公司, 它们搞产业化最重要的前提条件, 是要能够持续地活下去。他说, 深海水域这个领域, 它的技术门槛非常高, 参与进来的人很少, 生产出来的产品附加值也很高, 所以它天生就是一个可以和其他别人不一样的赛道。
在深水区做的业务, 能给企业带来现金流入, 也能积累工程方面的经验, 这些经验用在汽车里面或者低空气象场景下的时候, 能让工艺技术不断升级迭代, 最后再把成果反馈给深海里的产品, 这样就能推动成本降下来, 重量减下去。
从公开的这些信息来看, 这一条发展的路子到现在为止已经大体上算是跑通了。中科深蓝汇泽这家公司目前已经完成了天使轮以及 Pre-A 轮的融资工作。具体的出资方方面, 包含了中国石化资本, 还有沙特阿美旗下的阿美风险投资。
在常州武进国家高新区那边, 有一个规划总容量为 1GWh 的聚合物基全固态电池项目, 这个项目的预定安排是在二零二五年年底的时候投入生产使用。对于更长的一段时间里的总体生产产能, 其计划目标是达到 5GWh。
另外值得提到的是, 该公司在二零二五年的时候获得了由 BNEF 颁发的全球先锋奖。合作矩阵覆盖的对象, 包括中科院深海研究所以及中国一汽、中国中车、北汽车能科技这样的行业龙头。
现在, 中科深蓝汇泽这个公司的产品阵容也开始分等级了。有针对大载重无人机和eVTOL的“凌霄”系列。也有针对农业测绘还有那些需要飞得久的任务的“沃野”系列。还有专门搞高端越野电摩的“追风”系列。目前, 那些符合汽车行业标准的已经形成了一个从42安时到65安时的完整的产品系列。
其中, 主打高安全性又特别耐用的那一系列, 其能量密度达到了每千克246瓦时。另外一款主打高倍率性能的系列, 能量密度更是突破了每千克305瓦时。这两类产品都支持峰值放电倍数为5C的表现水平。
在安全验证方面它们都通过了满电状态下用5毫米粗的针穿透测试, 并且循环使用寿命超过了2000次。针对高端电动自行车推出的专门产品设计, 其能量密度超过每千克290瓦时。这个项目目前已经获得了客户的正式认可。计划在下一年的4月份开始大规模量产。
低空经济就是那个最早产生辐射带动作用的第一站。
针对载重无人机对重量、续航以及安全这些方面的要求, 相关的固态电池产品把能量密度提到了一种水平, 这个水平是传统液态电池的一点三到一点四倍, 测绘无人机的续航能力从十六分钟提升到了六十三分钟, 同时载重能力提升了三成, 现在这一状况已经实现了批量地交付, 并且和国内的那些头部的电动垂直起降飞行器企业展开了合作来共同参与大型载重的混合动力物流无人机的垂直升起与降落所需电源系统的开发工作。
成本曲线与产业化时间表
固态电池要想真正地走向大规模应用, 最终还是要闯过成本这一道关口。
崔光磊坦白了现在的情况, 他讲的话是, 当前的全固态电池的成本, 大概是传统液态电池成本的2到4倍左右。不过呢, 预计在3年之后, 这个比例有望降低到1.2到1.8倍之间。这种成本水平, 已经可以充分适配那些具有高溢价特征的特种场景了。
这些场景包括深海应用、极地应用、低空应用以及需要具备超长续航能力的情况。伴随着生产良率的不断提升, 还有固态电解质原材料实现规模化量产, 加上产业链配套的日益成熟, 专家预计, 在5年之内, 全固态电池的成本, 将会和传统液态锂电池的成本持平。
相关政策端已经给出了十分清晰的时间表, 在工信部等七个部门联合印发的名为《新型电池产业发展“十五五”规划》的文件里面提出了相关说明, 按照说法来看, 一直到2030年我国新型电池产业的规模会出现稳步增长的情况, 至于全固态电池则会在这个时候初步实现规模化的应用状态, 崔光磊本人对此进行了判断, 他觉得2027年会成为固态电池走向产业化的开篇元年, 而深海场景则是其中所具有的应用价值最高的方向其中一个。
中科深蓝汇泽把规模化这条路径理得比较清楚, 在短期阶段, 他们集中力量瞄准深海特种这个核心市场, 同时往低空经济方向去拓展, 慢慢把一期的1GWh产能给消化掉, 而在中长期规划里, 则把重点锁死在低空经济和汽车应用上面, 继续推进5GWh产线的规划工作并开展建设, 至于说到他们的四代产品呢，那确实已经成功实现了技术上的代际跨越, 使得能量密度一路飙升, 从原来的220Wh/kg提升到了700Wh/kg的水平, 这样一来, 就能为动力场景、储能场景以及深海场景等不同领域提供更加多样化、按层级分布的选择方案。
总结
现在这个固态电池的圈子, 热闹是有一点, 大家觉得挺有意思的。但是真的缺什么呢? 缺的是那种经过实打实地验证、特别牢靠的可靠性。你看看周围的好多企业, 都在给那个装电池上车的时间表反复调整, 一直在修改大家的期望值。可中科深蓝汇泽这个公司就不这么做, 他们选的是一条路。
他们要把自己的电池一直往最深处送，送到人类可以去到的那些地方, 那些地方通常都很危险、很难到达。然后用一种非常巨大的压力, 就是110兆帕的压力, 还有在海底连续运行好几个小时甚至上千小时的状况。让这些东西来回答一个事情, 就是要问你, 到底行不行, 到底能不能用。
对于这条路径, 我们认为这不一定是固态电池的唯一答案, 不过它提供了一个需要被严肃对待的参考范例。具体的做法是先在最困难的环节去证明其可靠性, 然后才能在最大的市场中去兑现规模效应。
我们要从万米海底的情况看到万亿规模的蓝海机会。这些应用场景包括了深海电源、低空经济以及车规级产品等等。这一条被称之为逆向长征的道路, 目前来说才刚刚起步而已。
每一代人都有每一代人要走的长远道路。对于中国能源产业的状况来看, 新的一次漫长的旅程是在那些还没有被克服的技术障碍点里面存在的。
