潘复生院士畅谈“镁”梦：从“千家万户”到“千山万水”

本刊记者 张小红｜文

“双碳”目标是党中央基于对推动构建人类命运共同体的国际担当、对推动我国经济社会实现可持续发展的深思熟虑而作出的重大战略决策。潘复生院士指出，节能减排和能源转型是保障国家能源安全、实现“双碳”目标最重要的基本路径，镁行业有机会在这两方面探索颠覆性途径。

“30年前，当我们开始做镁合金汽车零部件的时候，目标是让镁走进千家万户。5年之后，有50%～60%的汽车开始用镁的零部件了。今天，在‘双碳’目标的大背景下，镁产业更是遇到了千载难逢的发展机会，希望通过大家的共同努力，让镁产品走进千山万水！”

因看好镁在轻量化、储能等领域的应用，中国工程院院士、国家镁合金材料工程技术研究中心名誉主任潘复生在接受本刊记者采访时畅谈未来“镁”梦，他表示，镁材料应用潜力巨大，对解决世界三大难题（资源危机、环境污染、能源危机）有重要意义，金属镁很有可能成为下一个时代最重要的甚至是标志性的材料之一。

镁基材料在节能减排中大有可为

镁在汽车上的应用

“双碳”目标是党中央基于对推动构建人类命运共同体的国际担当、对推动我国经济社会实现可持续发展的深思熟虑而作出的重大战略决策。潘复生指出，节能减排和能源转型是保障国家能源安全、实现“双碳”目标最重要的基本路径，镁行业有机会在这两方面探索颠覆性途径。

在节能减排方面，潘复生表示，长期以来传统工业做出了诸多努力，大多数已经走到极限，未来实现节能减排最有效的途径之一就是轻量化，而如何实现轻量化，就跟镁产业密切相关。他以汽车轻量化为例作出了剖析。实现汽车轻量化的途径主要有两条：一是轻量化材料，使用比强度更高或密度更小的高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料，替代传统普通钢结构；二是轻量化设计，通过开发全新的汽车架构实现轻量化，甚至优化车身零部件数量、缩小零部件尺寸等。

“镁合金是目前最有效也是最环保的轻量化材料。”潘复生介绍，首先，镁有非常好的性能潜力，其比强度高于钢铁、铝合金、钛合金，是很好的节能减排材料和绿色材料；其次，中国镁矿资源非常丰富，占世界镁矿资源的70%以上，储量产量均居世界第一；再次，当前解决镁合金性能缺点方面已有重要突破，镁合金比强度大幅度提升，压铸件成本跟铝合金接近，未来有可能比铝合金低。“中国既有最好的资源保障，也有最好的技术保障。”潘复生说。

据悉，在汽车应用方面，现已开发出几十种汽车镁合金零部件，包括方向盘骨架、仪表盘支架、中控支架、显示屏支架、空调支架、座椅座盆骨架、车门骨架、变速箱壳体、转向锁、电池箱等，其中镁合金方向盘骨架已在80%以上的汽车中得到应用，仪表盘支架、中控支架、显示屏支架、空调支架等大尺寸镁合金零部件已在高端品牌汽车上大规模应用。“汽车用镁合金零部件大范围推广还有极大潜力，单车应用量可以在当前基础上增加20～30公斤；大规格构件一体化铸造正在发展中，一旦成功应用，单车应用量可以超过100公斤，市场需求量可达万亿元。”潘复生说。

潘复生进一步表示，汽车大型构件一体化制造是全球汽车工业重点发展方向，应用镁合金可以减重10%～20%，降低能耗10%以上。重庆美利信科技股份有限公司8800 吨压铸机是世界最大的投入运行的压铸机，远超过特斯拉压铸机吨位，对汽车一体化制造的意义重大。重庆大学与美利信公司已开始合作试生产，对汽车行业轻量化将产生重要影响。

潘复生强调，每一个国家的先进制造业，都会蕴含一些特色技术，而轻量化可能是未来中国制造业在国际上最有特色的领域之一。从产业的转型升级角度而言，镁作为最有潜力的轻量化材料之一，对提升我国制造业的竞争力至关重要。

镁基材料在能源转型中极具潜力

和节能减排一样，能源转型是实现“双碳”目标的关键之一，而能源转型的主要方式是大规模应用可再生能源。由于风电、光电等可再生能源的不稳定性，无法大规模并网，导致装机容量大幅增长的同时，使用效率却降低，低谷期电力浪费现象十分严重。因此，选择一种低成本、安全可靠的储能技术，是当务之急。潘复生提出，相比于锂，镁基储能材料具有资源储量丰富、成本低和安全性能高的优势，是极具潜力的新一代储能材料。“镁既是高效、安全的储氢材料，也是环保高密度的安全电池材料。”潘复生说。

在能源转型中，氢能源被广泛认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源，但氢气的储存运输是当前氢能发展的刚性瓶颈。氢难以常温常压储存，目前储存使用的是高压气瓶或是低温液态，均难以保证安全。潘复生指出，镁是所有固态储氢材料中，储氢密度最高的金属材料，达到气态氢密度的1000 倍，液态氢的1.5倍；镁储氢还可以纯化氢气，提纯后纯度可达99.9999%，实现灰氢、蓝氢向绿氢转变；同时，由于镁储氢是常温常压，可大幅降低成本，且安全性也远高于高压气态和液态储氢。

潘复生表示，近几年镁基储氢的论文篇幅明显增多，部分技术问题正在被攻克，已走在工程化的前沿。“储氢技术一旦突破并实现大规模应用，将从根本上改变传统储能问题，对能源转型特别是对氢能战略的实施意义重大。”潘复生说。

锂电池是目前应用最广泛的电池，但存在资源极度短缺、安全性差等问题。相比而言，镁电池成本低、安全性高、燃料密度与锂电池相当，业内认为镁电池有可能成为电池领域的颠覆者。例如，作为负极来说，镁电池是现在商用锂电池负极的6倍。

“镁离子电池发展的时间相对较短。”潘复生表示，“我们做了很多镁产业化的前期工作，例如负极材料、电解液、正极材料等多领域多角度研究。特别是正极材料，燃料密度可以超过每公斤500万千瓦时，而成本只有目前磷酸铁锂的一半左右。2022年，我们团队研发了一种低成本、高电压、长寿命的镁电池正极材料，循环寿命可达到1万次。下一步，我们将开展镁基材料加氢站、运氢车、纯化储氢一体化、分布式储能、动力电池五方面示范研究。”

在潘复生看来，镁合金作为一种绿色金属材料，其实非常有“钱”景。镁的成本只有锂的二十五分之一左右，有望替代目前大范围使用的锂电池。“镁领域技术一旦成熟，将带领镁产业由目前的百亿级市场直接升级为万亿级市场。”

采访时，潘复生还提到了近年来镁在建筑模板、家具、土壤修复、生物材料等领域的巨大应用潜力。鉴于镁及镁合金材料的显著优势及广泛应用前景，我国对镁产业发展高度重视，国家战略计划和规划中多处涉及加快镁合金产品的开发和应用，全球镁及镁合金研究也在近年呈现出爆发式增长，“国际镁协每个月都希望跟我们交流，欧盟也希望中国保证镁产品供应。世界镁行业发展离不开中国。”潘复生表示，目前，镁合金的世界研究已经从美国转向中国，中国成为世界最大的生产大国、应用大国和研究大国，在镁合金研究领域掌握重要话语权。

作为镁合金国际刊物主编、国际标准化组织“镁合金技术委员会”主席，潘复生早在2007年就牵头组建了重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心，组建了一支在国际上有重要影响的科研团队。在他的带领下，该中心已经成长为全球最大的镁合金研究中心，在推动我国镁合金产业的发展中发挥着至关重要的作用，今天，潘复生希望更多的人加入这个团队，为实现“镁”梦不断努力！