隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，化石能源日趨緊張，探索新能源技術(shù)已經(jīng)成為世界各國高度關(guān)注的焦點(diǎn)。在新能源領(lǐng)域，國家高度重視電池技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，各行業(yè)對(duì)電池技術(shù)的要求也越來越高。除了材料本身外，電池結(jié)構(gòu)是影響電池性能的又一重要因素。作為80后的研究人員，華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院的袁偉教授，他長期從事機(jī)械制造與能源交叉課題研究，近年來主要圍繞節(jié)能、新能源及儲(chǔ)能器件、系統(tǒng)、高端裝備、新能源汽車等領(lǐng)域的功能結(jié)構(gòu)先進(jìn)設(shè)計(jì)及制造技術(shù)開展研究。

袁偉擔(dān)任“功能結(jié)構(gòu)與器件高性能制造”研究中心主任，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)率先將表面功能結(jié)構(gòu)概念引入電池研究，圍繞燃料電池、金屬離子電池、超級(jí)電容、強(qiáng)化傳熱器件的高效跨尺度功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造理論與方法開展了成體系的研究工作，從制造源頭為實(shí)現(xiàn)能源高效轉(zhuǎn)化和利用開辟了重要途徑。他們利用自身在制造技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，將超精密加工、增材制造、微納制造等先進(jìn)制造技術(shù)引入新能源領(lǐng)域，以電池功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造為突破口，開展包括電池系統(tǒng)關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)和制造、傳質(zhì)／傳熱高效管理、系統(tǒng)集成開發(fā)及應(yīng)用等研究?，F(xiàn)已取得了豐碩的研究成果，為高性能（比能量、續(xù)航、耐久性、安全性等）電池技術(shù)發(fā)展提供了系統(tǒng)化的理論和方法支撐，大力推動(dòng)了新能源技術(shù)快速落地。

創(chuàng)新結(jié)構(gòu)制造 提升電池性能

近年來，鋰離子電池技術(shù)的研究日趨成熟，實(shí)際應(yīng)用也十分廣泛，但是由于鋰電池存在不耐受過充或過放、受溫度影響大、回收門檻高以及安全性問題等缺陷一直以來讓人詬病。而燃料電池作為近乎理想的能源裝置，具有轉(zhuǎn)化率高、能量密度高、環(huán)境友好等特點(diǎn)，在未來能源轉(zhuǎn)型升級(jí)中具有廣闊應(yīng)用前景。

關(guān)于這兩者的對(duì)比，作為機(jī)械制造專業(yè)出身的科研人員，袁偉更關(guān)心的是這些電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)制造、創(chuàng)成方法和工藝放大問題、功能界面的優(yōu)化及其構(gòu)效關(guān)系問題等。他表示，以往能源研究大多都以材料、化學(xué)為主，很少有來自機(jī)械制造學(xué)科的人涉足能源領(lǐng)域，因此這是一個(gè)非常新的交叉領(lǐng)域。他立足機(jī)械制造學(xué)科，針對(duì)能源領(lǐng)域內(nèi)難點(diǎn)、痛點(diǎn)和熱點(diǎn)問題展開了成體系的研究工作，希望利用設(shè)計(jì)和制造優(yōu)勢(shì)來優(yōu)化電池性能，作為電池材料研究的重要補(bǔ)充，推動(dòng)新一代電池技術(shù)的應(yīng)用落地。

一開始，由于機(jī)械專業(yè)本身偏工程、偏技術(shù)、偏應(yīng)用，在從事機(jī)械、能源、材料多學(xué)科交叉研究時(shí)，袁偉常常會(huì)感到有些許“先天不足”，很多想法受限于專業(yè)和平臺(tái)難以實(shí)現(xiàn)。但歷經(jīng)多年探索后，這個(gè)難題已經(jīng)解決。如今，袁偉帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)磨煉出了跨學(xué)科、跨專業(yè)、跨領(lǐng)域的研究能力，并且取得了一系列創(chuàng)新性的科研成果。其中，代表性成果包括：“金屬纖維基跨尺度多孔微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造理論與方法”、“燃料電池新型跨尺度功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造理論與方法”和“鋰離子電池三維電極跨尺度設(shè)計(jì)及復(fù)合成形制造理論與方法”三個(gè)方面。

在燃料電池方面，針對(duì)傳統(tǒng)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)缺陷，在國家自然科學(xué)基金的支持下，袁偉帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深入開展了“基于切削金屬纖維的甲醇燃料電池多孔流場(chǎng)板制造及優(yōu)化基礎(chǔ)研究”。袁偉創(chuàng)造性地提出采用多齒切削工藝加工金屬纖維并經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)制造多孔流場(chǎng)板的技術(shù)路線，打通了從制造源頭提升甲醇電池性能的途徑，這在國內(nèi)外均屬首創(chuàng)。袁偉帶領(lǐng)的課題組已經(jīng)掌握純甲醇供給技術(shù)并具備高比能、長續(xù)航電池開發(fā)能力。

在鋰離子電池方面，針對(duì)電極功能結(jié)構(gòu)長期存在的構(gòu)效矛盾問題，袁偉提出通過在集流體表面原位創(chuàng)成跨尺度表面功能結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多層級(jí)新型電極的材料－結(jié)構(gòu)－功能一體化和設(shè)計(jì)－加工－測(cè)量一體化，該方法效率高、成本低，為鋰離子電池表面功能結(jié)構(gòu)的制造提供了新的思路。相關(guān)技術(shù)已成功擴(kuò)展至鈉離子電池、鋅離子電池、鋰硫電池、金屬鋰電池、超級(jí)電容等新型儲(chǔ)能器件研究和應(yīng)用中。他帶領(lǐng)的課題組能夠?qū)﹄姵貎?nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行多層級(jí)、跨尺度、全組成優(yōu)化設(shè)計(jì)并形成批量制造能力。

如今，通過基礎(chǔ)理論和工藝技術(shù)的不斷創(chuàng)新，袁偉憑著過硬的機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的制造技術(shù)，在電池研究領(lǐng)域厚積薄發(fā)，取得的研究成果受到國內(nèi)外同行的積極評(píng)價(jià)，圍繞關(guān)鍵技術(shù)建立了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，核心專利成功完成了許可和轉(zhuǎn)化，已成長為我國能源制造領(lǐng)域科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，得到國家中組部、科技部、自然科學(xué)基金委的人才計(jì)劃（或項(xiàng)目）支持，獲得國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)、中國專利優(yōu)秀獎(jiǎng)、廣東省青年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)、霍英東青年科學(xué)獎(jiǎng)、廣東青年五四獎(jiǎng)?wù)碌泉?jiǎng)勵(lì)或榮譽(yù)。

推動(dòng)成果落地 助力制造強(qiáng)國

回首自己的科研人生，袁偉從本科到博士階段學(xué)習(xí)的都是機(jī)械工程相關(guān)專業(yè)，一直從事的是機(jī)械制造相關(guān)科研工作，所以他對(duì)制造技術(shù)與能源的結(jié)合有著深刻的理解。他說，“制造，才是一切創(chuàng)新的出口”，要密切關(guān)注“怎么做出來”的問題。袁偉始終認(rèn)為，制造業(yè)是立國之本、興國之器、強(qiáng)國之基，沒有強(qiáng)大的制造業(yè)，就沒有國家和民族的強(qiáng)盛。

“科技是第一生產(chǎn)力，科研成果要造福于民”，在進(jìn)行科研的同時(shí)，袁偉十分重視成果轉(zhuǎn)化與創(chuàng)新，堅(jiān)持把有價(jià)值的成果從“書架”搬到“貨架”上。近些年，袁偉的研究專注于新能源、儲(chǔ)能和新能源汽車等相關(guān)領(lǐng)域，他帶著團(tuán)隊(duì)一邊堅(jiān)持基礎(chǔ)研究，一邊沖在產(chǎn)學(xué)研融合第一線，重點(diǎn)攻關(guān)生產(chǎn)應(yīng)用中的“卡脖子”問題。以基礎(chǔ)研究有力支撐著應(yīng)用研究，同時(shí)，應(yīng)用研究中的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)研究也為他的科研方向提供了新的視角與靈感。他說，搞科研既要“頂天”也要“立地”，不僅要占領(lǐng)科學(xué)高地，還要解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題。

現(xiàn)在，袁偉已經(jīng)為10多家行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)提供技術(shù)支持，與華為、廣汽、大洋電機(jī)等行業(yè)龍頭企業(yè)長期開展產(chǎn)學(xué)研合作，積累了豐富的產(chǎn)業(yè)技術(shù)攻關(guān)經(jīng)驗(yàn)。2019年，廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“燃料電池乘用車整車集成及動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)”啟動(dòng)，袁偉帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與廣州汽車集團(tuán)股份有限公司等單位一起共同攻堅(jiān)克難，合作開展研究，致力于推進(jìn)燃料電池乘用車示范運(yùn)行推廣，以支撐廣東省氫能與燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施。作為技術(shù)支撐單位，袁偉和團(tuán)隊(duì)著力燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)水／熱管理及冷啟動(dòng)技術(shù)研究，他們開發(fā)的Aion LX Fuel Cell車型已于2020年7月正式發(fā)布并示范運(yùn)行，是廣東省落地的首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池乘用車，在百公里氫耗、續(xù)航里程、加氫時(shí)間等關(guān)鍵性能指標(biāo)方面處于當(dāng)前國內(nèi)領(lǐng)先水平。

此外，袁偉還作為負(fù)責(zé)人與香港城市大學(xué)承擔(dān)了粵港聯(lián)合科技創(chuàng)新項(xiàng)目“動(dòng)力電池電極熱功能結(jié)構(gòu)一體化原位制造及應(yīng)用”，瞄準(zhǔn)新能源汽車的“安全痛點(diǎn)”和“里程焦慮”問題，重點(diǎn)開發(fā)電極表面熱控技術(shù)，在無須引入新材料和新元件的情況下，實(shí)現(xiàn)電池的高效熱管理，從源頭上緩解熱失控帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)研究得到香港研究資助局和珠海市引進(jìn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目支持，有力促進(jìn)了粵港澳大灣區(qū)聯(lián)合創(chuàng)新能力提升。

為了更好更快地實(shí)現(xiàn)科研成果落地，2020年，袁偉作為創(chuàng)始人成立了廣東氫機(jī)智創(chuàng)科技有限公司，在佛山市引進(jìn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的支持下，致力于將多年積累的新能源制造技術(shù)應(yīng)用于氫能裝備和產(chǎn)品中，打造面向高端智能裝備及新能源領(lǐng)域的高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)及研發(fā)平臺(tái)。目前，公司已經(jīng)在燃料電池測(cè)試裝備、燃料電池科教設(shè)備、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)及新能源汽車等方向開發(fā)了系列產(chǎn)品，服務(wù)多家氫能企業(yè)、高校院所和科研機(jī)構(gòu)，助力氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

如果說科研是一場(chǎng)修行、一場(chǎng)苦旅，那么科研人要甘于寂寞，啃得了“硬骨頭”、坐得住“冷板凳”，毫無疑問，袁偉就是那個(gè)人?，F(xiàn)在，袁偉以夢(mèng)為馬、不負(fù)韶華，將夢(mèng)想照進(jìn)了現(xiàn)實(shí)，他的科研報(bào)國信念愈來愈發(fā)堅(jiān)定，在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，他將帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)在能源制造這條路上砥礪前行，打造以高性能為目標(biāo)的制造技術(shù)及裝備，為助力我國建設(shè)“制造強(qiáng)國”努力奮斗。（文／陳偉）