——记香港大学机械工程系研究助理教授潘文鼎

　　　李 莉  吕腾波  户 万

　　能源危机和实现“双碳”目标背景下，构建以新能源为主体的新型电力系统已上升至国家能源安全的战略高度。在关乎国家能源安全的战略蓝图中，电池技术正成为破局的关键——它既是可再生能源大规模并网的“稳定器”，也是新能源汽车与智能电网的“心脏”。

　　香港大学青年学者潘文鼎的科研轨迹，恰似一滴折射时代光芒的水珠。面对已趋于成熟的锂电池市场，他决定挑战铝/镁电池技术难点。这一选择不仅需要学术勇气，更源于对国家战略需求的敏锐洞察——我国锂资源对外依存度高，而铝、镁在地壳中丰度极高，发展多价金属电池正是破解“资源卡脖子”的战略支点。针对多价离子传质效率低下和界面副反应严重这两大核心瓶颈，他创新性地提出了“浓度场-界面结构协同调控”策略，并通过设计新型的“水系凝胶”半固态电解质，成功实现了对离子传输路径的解耦调控。他主导研发的水系铝离子电池，关键性能指标已跻身国际领先行列。

　　当潘文鼎的科研成果摘得日内瓦国际发明展金奖等重量级荣誉时，人们看到的不仅是一项项学术突破，更是一个缩影：在国家《“十四五”新型储能发展实施方案》的指引下，无数像潘文鼎这样的科研工作者，正以交叉学科为矛，以基础研究为盾，在能源安全的战场上构筑起一道看不见的长城。

初心如炽赴征程

　　潘文鼎的学术探索，恰似一场跨学科的思维漫游。从中国科学技术大学（以下简称“中科大“）的严谨数理训练到香港大学的能源材料研究，他始终在打破学科边界的征程中寻找创新突破口。

　　“中科大以卓越的数理基础闻名，但在我看来，母校真正的特色在于构建了学科交叉的创新生态。”潘文鼎说。彭良明教授的“材料测试方法”课程成为他进行跨学科探索的起点。在卢德唐教授、胡秀章教授指导下，完成页岩井各向异性力学模型毕业论文，让他深刻体会到科研的严谨性。这种跨学科思维与严谨治学的结合，在潘文鼎后续的科研实践中得到了充分体现。

　　大三时潘文鼎做出了一个艰难却坚定的抉择：放弃唾手可得的保研名额。选择香港大学，源于双重考量：梁耀彰教授在能源领域的深厚学术积淀极具吸引力，课题组富有活力的科研氛围符合他的学术性格。

　　博士阶段，梁耀彰教授、王夷飞教授对实验细节要求严格。每次组会上汇报电池数据时，他们总会追问数据的可重复性。这种严格的训练让潘文鼎将此视为科研的生命线。“无法复现的实验就像地基不牢的建筑，随时可能坍塌。”潘文鼎说。

　　在香港大学能源实验室的跨学科实践中，潘文鼎与化学背景的王慧至教授、赵岩博士的思维碰撞，使他快速掌握了电解液基团设计等化学知识。通过中英文对照研读《电化学原理》，他迅速补齐了化学学科的短板，更建立起从力学视角解析离子输运的独特研究路径。

　　在梁教授的教导下，潘文鼎参与的第一个研究项目是金属空气电池相关课题。跟随王夷飞教授，他探索如何将铝与正极的氧化还原反应结合，通过铝的消耗实现高能量输出。然而，铝只能被消耗而无法重复利用，这促使他将研究方向转向离子电池领域——在那里，正负极材料通过可逆的溶解沉积过程实现循环使用。虽然当时在美国斯坦福大学工作的戴宏杰教授已在《自然》（Nature）发表的离子液体电解液研究为铝金属的可逆利用提供了可能，但潘文鼎发现离子液体存在强酸性腐蚀负极和成本过高等问题，最终推动他转向开发水系可逆铝金属电池的研究方向。

　　“实现铝的水系可逆性异常困难，当时几乎没有文献可以参考。长达1年的实验尝试都未能取得突破，直到我从美国马里兰大学王春生教授的盐包水（water-in-salt）概念中获得灵感。”这个通过增加盐浓度、减少水比例来抑制水活性的方法，启发他将电解液从溶液逐步浓缩至半固态状态。当盐浓度高到一定程度，铝金属竟然实现了可逆性。后续的热力学模拟也证实了这一体系的特殊性。

　　在相关课题探索上，潘文鼎经历过无数次失败。挫折让他明白，突破往往发生在跳出固有思维框架之后。如今任教香港大学，他常以自身经历鼓励学生：当研究陷入瓶颈时，既要保持耐心坚持尝试，也要主动参加学术交流，从不同领域寻找灵感。

　　从力学到能源材料研究，潘文鼎的学术转型在外人看来跨越很大，但他却看到了学科间的相通性。他坚信电池技术将迎来新的革命，中国能源产业还有巨大发展空间。当有人质疑电动车发展已到顶峰时，他看到的却是新一代电池技术正在孕育的无限可能。

乘风破浪踏足行

　　在能源存储技术快速迭代的今天，电池安全性与能量密度的平衡成为全球科研攻关的核心命题。潘文鼎通过跨体系创新，在锂电池固态化和水系准固态电池研发领域开辟了独特的技术路径，研究成果不仅为多价金属电池发展提供了新范式，更通过产学研深度融合，探索出从实验室发现到产业落地的完整创新链条。

　　在锂电池领域，固态化研发的紧迫性源于有机电解液易燃的安全隐患。即使电解液实现99%固态化，残留的1%液态成分仍可能引发危险反应。“这促使我们思考：水系电池是否仍须追求完全固态？通过深入研究，我们发现水系电解质具有本质安全性，准固态即可兼顾安全与性能。”潘文鼎团队的准固态创新方案巧妙利用了水优异的离子传输能力，同时通过聚合物基质抑制了水的分解和腐蚀倾向。

　　锂电池的固态化要求则截然不同，它必须实现99.99%以上的固态纯度，这源于锂金属负极的特殊需求。潘文鼎解释：“传统石墨负极容量有限，硅碳负极又存在寿命缺陷，而金属锂负极能实现能量密度跨越式提升，任何残留的液态电解质都会与锂金属发生剧烈反应。”因此团队通过原位固化技术控制含盐量，在保障安全性的同时维持了离子传输性能。

　　值得注意的是，潘文鼎团队在水系准固态电池研发中积累的界面层构建经验，为锂电池固态化提供了他山之石——在正负极之间形成的均匀过渡层，显著改善了离子迁移效率，这种跨体系的技术迁移成为科研创新的内生动力。

　　对离子传输机制的深刻理解，恰如一把钥匙，为破解镁电池百年难题提供了全新思路。.镁电池的研发始于20世纪20年代，理论上，镁离子作为双电荷载体，其容量贡献应优于单电荷的锂离子，但实际性能却长期停滞不前。潘文鼎团队在《科学进展》（Science Advances）发表的研究揭示了关键机制：“在水系电解质中，氢离子的迁移速度远超镁离子，导致镁离子尚未到达反应界面，氢离子就已抢先完成反应。”这一发现颠覆了传统认知，团队创新性地采用长链聚合物束缚氢离子，为镁离子开辟传输通道，最终实现了水系镁电池能量密度200Wh/kg的突破性进展。

　　“尽管200Wh/kg的能量密度与锂电池仍有差距，但相较此前仅50Wh/kg的水平，已是质的飞跃。”潘文鼎透露，研发过程中，团队曾遭遇电解质合成难题——初期实验效果显著，但重复性极差。经过系统排查，团队偶然发现电解质需要在80℃烘箱中经历24小时充分重整才能形成理想聚合结构。“温度和时间变量须严格把控，就像孙悟空在太上老君的炉里需要49天淬炼，少一天都炼不出火眼金睛。”潘文鼎说。

　　基于这些科研成果，潘文鼎在《科学进展》（Science Advances）、《先进材料》（Advanced Materials）、《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）等领域内权威期刊上以第一作者或通讯作者身份发表了多篇高水平学术论文，系统性地阐述了在多价金属电池领域的发现与见解。这些成果不仅获得了学术界的广泛认可，更斩获了包括2024年第49届日内瓦国际发明展金奖（第一完成人）在内的多项国际大奖，得到了国际创新领域的肯定。

　　这些学术荣誉及后来在产业突破中取得的成绩，正是潘文鼎坚持基础研究与应用创新并重的最佳印证。.在电池技术从实验室走向产业化的道路上，团队经历了从基础研究到商业化的完整闭环。“专利申请、产业对接、自主创业成立‘金属动力’公司，团队响应梁老师号召，推动高性能电池技术产业化。”潘文鼎介绍。

　　创业过程并非坦途，在寻求投资时，团队需要面对投资人的各种评估，从技术可行性到市场潜力，每个环节都需要充分论证。起初没有外部资源支持，团队每天需要密集接触投资人。香港量子人工智能实验室的介入为团队提供了关键助力，凭借与大型企业的合作关系，实验室为团队搭建了技术对接的桥梁，加速了产业化进程。

　　在与企业合作中，团队逐渐认识到，科研成果的商业化不能仅靠技术优势，更需要理解市场需求。“科学家创业充满认知冲突。团队曾困惑于为何性能优异的产品市场反响平平，后来意识到从实验室样品到消费产品存在巨大的鸿沟，必须找到电池技术的真实应用场景。”潘文鼎说。

　　香港量子人工智能实验室的陈冠华老师及他的学生胡子洋老师提供了关键指导，帮助团队建立了商业化思维，并最终形成了清晰的技术路线。目前，团队已有两条产品线——铝镁电池聚焦高精尖领域，全固态锂电池主攻消费市场。与蓝京新能源合作，团队正通过产线测试验证技术的可扩展性，为最终推向市场做准备。

　　从学术论文到市场化探索，潘文鼎团队用执着的科研坚守，完成了基础研究—技术突破—产业转化的创新闭环。正如团队在产线测试中验证的那样，当科学家精神与商业思维碰撞，当实验室发现与市场需求对接，能源技术的未来图景正变得越发清晰。这条充满挑战的产业化之路，或许正是中国科研工作者回答“卡脖子”问题的时代答卷。

同心筑梦谱新篇

　　潘文鼎在团队管理中巧妙平衡了学术严谨性与创新自由度，其“严肃活泼”的管理理念在实践中展现出独特成效。开放包容的团队文化，既为个体成长保留足够的科研缓冲带，又通过外部合作引入跨学科养分。

　　团队与香港大学支春义教授建立了紧密合作，其在水系锌离子电池领域的前瞻性研究为锂电池研发提供了新思路。同时，团队与大连理工大学的东明教授合作则引入了热物理视角，为突破电池性能瓶颈提供了新方法；与德国马克斯·普朗克研究所的.狄克·拉贝.（Dierk Raabe）院士开展国际合作，其从金属力学角度分析固态电解质中枝晶生长与断裂机制的研究，为团队提供了全新的视角。

　　“香港国际化的平台吸引了来自斯坦福大学、英国牛津大学等顶尖学府的优秀学者，他们每年都会定期来访交流。同时，团队积极与内地合作，‘香港研发+内地转化’的模式，既利用了香港的人才集聚效应，又充分发挥了内地的产业链优势。”潘文鼎说。