以“固态之芯”破解“能源之困”
——对话青岛储能产业技术研究院院长、青岛能源所固态能源系统技术中心主任崔光磊
●固态电池和液态电池的区别，就是电解质从液态变成了固态，能量载体锂离子在电场调控下，在固态电解质中定向传输实现充放电，在提高安全性的同时实现能量密度的跨越
●我们团队走的是高分子聚合物电解质路线，后来根据应用场景的提升发展成以聚合物复合固态电解质“刚柔并济”的复合体系——就像做混凝土会根据需求用到不同材料，其中无机材料是“刚性骨架”，高分子材料是无机材料的“粘接剂”和力学形变的“缓冲剂”，既能保证结构完整稳定，又能缓冲充放电过程的体积形变
●2017年3月，“青能—Ⅰ”型固态锂电池随“万泉”号着陆器奔赴马里亚纳海沟，连续9次下潜，7次突破万米，供电“零故障”。这些年，从“万泉”号到“奋斗者”号，我们的电池在深海深渊经受了无数次考验，保障了系列任务的完成
●单离子导体开发、均质化正极技术、“刚柔并济”复合电解质体系等突破不是一蹴而就的，也不是孤立的，而是围绕国家需求展开的应用基础研究多年攻关的积累。我们先搞清楚液态电池为什么会自燃、为什么能量密度上不去，再针对性地开发新材料、新体系，这是一个多年基础研究积累、使命导向的技术突破过程
●新能源汽车是固态电池最重要的应用场景之一，也是我们重点攻关的方向。2018年，我们承担了国家科技部新能源汽车专项的重点研发计划，目标是开发能量密度300瓦时/公斤的固态电池。结项的时候，我们实现了350瓦时/公斤，研制的固态电池在北汽新能源的车型上完成了1万公里的路试，非常具有可靠性
●固态电池从产品到商品的主要卡点是成本。即使最便宜的聚合物固态电池体系，其成本目前仍高于传统液态电池20%左右。随着产能扩大和材料优化，固态电池成本会逐步下降。预计2027年后，固态电池就能实现大规模生产、小规模装车，有望在2030年左右普及
●我预测，固态电池会在未来5年进入快速发展期，能量密度持续提升、成本大幅下降、应用场景不断拓展。下一步，我们要向每公斤500瓦时、700瓦时甚至1000瓦时的高能量密度固态电池开发进军
崔光磊，研究员，博士生导师，国家新能源汽车专项高比能固态锂电池技术项目首席科学家，现任中国科学院青岛生物能源与过程研究所固态能源系统技术中心主任、青岛储能产业技术研究院院长、先进储能技术研究室主任等。近几年主要从事高比能固态电池关键材料和系统研发、深海特种电源开发应用及固态光电转换器件的研究工作。
在崔光磊的办公室里，挂着一张地图，上面标注着密密麻麻的红点——每个红点都是团队固态锂电池领域技术落地应用的印记。
“每当伏案工作感到疲劳时，我都会抬起头，看看这些燎原的星火。科研人最大的幸运，莫过于个人理想与国家需求同频共振。相信在一代代科研人的薪火相传中，一颗颗丹心将迸发出无尽的潜能，熔炼出更多‘国之重器’。”这是崔光磊最近在《人民日报》发表文章中写下的一段话，也是他投身高比能固态电池关键材料和系统研发、深海特种电源开发应用及固态光电转换器件等研究工作的真实写照。
崔光磊在实验室开展电池界面演化行为研究。
从万米深海的“能量补给站”到新能源汽车的“续航革命”，从实验室的理论探索到年产值数亿元的产业落地，固态锂电池正以颠覆性姿态改变能源格局。作为我国固态电池领域的开拓者之一，崔光磊带领团队深耕二十余载，牵头搭建国际一流的深海固态锂电池研发装备平台，攻关关键材料制备、器件开发和系统集成技术，形成了“刚柔并济+三相渗流”聚合物复合固态电解质关键材料和原位固态化核心技术的工艺包，突破了全海深电源技术瓶颈，开发了兆瓦级深海特种固态电源系统的完整技术体系，填补了万米全海深高比能深海能源技术的空白，为探海耕洋国之重器提供高可靠性能源保障。
从德国马普协会的实验室到青岛的产业沃土，从基础研究到产业化应用，在固态电池这片“绿色海洋”，崔光磊走出了一条“需求导向、场景驱动”的创新之路。
崔光磊（左四）与固态电池关键技术攻关小组成员研讨电池封装参数。
初心如磐：真正的科研不是追热点，而是瞄准长远需求
记者：您是国内最早投身固态电池研究的科学家之一，最初是什么契机让您选择了这个领域？
崔光磊：其实我从本科到硕士、博士期间，接受的都是化学材料相关的教育。但真正与固态电池结缘，始于德国马克斯·普朗克研究所。2005年，我博士毕业后前往德国从事博士后研究，当时面临两个选择：一个是做石墨烯研究，那是当时最前沿、最容易“发文章”的方向；另一个就是固态电池相关的能源化学研究。
早在20世纪70年代，德国等发达国家科学家就预判到固态电池会成为未来电动车的核心能源。首届青岛市储能产业技术研究院院长陈立泉院士，今年成为国家最高科学技术奖获得者，他在国内也多次提到发展固态电池技术的重要性。固态电池的前瞻性和重要性让我看到，真正的科研不是追逐热点，而是要瞄准国家和市场的长远需求。
我在德国马普协会高分子研究所的导师是国际著名化学家克劳斯·缪伦，他当时是德国化学会主席，后来当选了中国科学院外籍院士。彼时，他已经牵头德国马普协会重大项目-ENER.CHEM，组织了6个马普协会研究所并协同开展了固态电池、燃料电池等相关能源化学重大前瞻性方向的协同研发。
各种因素综合影响下，我选择了固态电池这个虽然处于起步阶段、但发展潜力巨大的领域。在德国期间，我主要围绕聚合物电解质、离子界面传输两个领域开展博士后研究。前者偏化学、后者偏物理，这种跨学科交叉性的训练让我受益匪浅。
记者：对于普通读者来说，“固态电池”是个很专业的概念。您能不能用通俗的语言给我们科普一下，固态电池到底是什么？它与我们现在常用的液态锂电池相比，优势在哪里？
崔光磊：你可以把液态锂离子电池想象成一个“能量储存水库”，把能量想象成“水库的水”，正负两极分别是能量储存的“高位储水和低位储水的场所”，电解质就是控制两个“高低位水流动”的“大坝”——既要让“水”，也就是能量载体锂离子定向通过，又要防止正负极直接相接导致短路破坏“水库”。
液态锂离子电池的电解质是液体，锂离子在溶剂里面“流动”，液体溶剂容易泄漏、燃烧，这也是液态电池存在安全隐患的根本原因。固态电池和液态电池的区别，就是电解质从液态变成了固态，能量载体锂离子在电场调控下，在固态电解质中定向传输实现充放电，在提高安全性的同时实现能量密度的跨越。而固态电池的固态电解质主要分成几类，比如说高分子聚合物是一类，无机陶瓷是另一类。其中，无机陶瓷固态电解质又划分为氧化物和硫化物两种。
我们团队走的是高分子聚合物电解质路线，后来根据应用场景的提升发展成以聚合物复合固态电解质“刚柔并济”的复合体系——就像做混凝土会根据需求用到不同材料，其中无机材料是“刚性骨架”，高分子材料是无机材料的“粘接剂”和力学形变的“缓冲剂”，既能保证结构完整稳定，又能缓冲充放电过程的体积形变。
这种固态电解质的优势可以总结为三点：一是安全性能好，遇到挤压碰撞的情况也不易燃爆，就算用榴弹枪打穿，电池也不会起火爆炸；二是能量密度高，也就是相同重量下能存储更多电能——液态银锌电池能量密度为每公斤70瓦时，而固态锂离子电池的能量密度可以达到每公斤420瓦时以上，是前者的6倍多；三是日历寿命长，液态电池的自放电高、日历寿命差，一般半年左右需要充放电进行界面重构修复，而固态电池自放电低，可以长时间放置免维护。这些优势让固态锂电池产业前景可观。
记者：2009年您选择回国并扎根青岛，当时国内固态电池研究几乎是一片空白，是什么让您做出这个决定？
崔光磊：回国的决定，既有个人情怀，也有对国家发展的信心。当时中国的能源结构还是以煤炭为主，但我坚信未来一定会向新能源转型，固态电池作为下一代电池核心技术，必然有巨大的发展空间。“科研不能脱离国家需求，真正有价值的技术必须能解决实际问题。”这是我一直坚信的理念，也是我回国的主要原因。
而选择青岛则是一次偶然。2008年我回国考察了解到，青岛有一个新建的能源领域研究所，也就是现在的中国科学院青岛能源所，我很感兴趣，辗转取得联系。当时，院所园区还在建设中，到处都是工地。在这片工地上，时任所长王利生博士描绘了一幅蓝图：这是中国第一个整建制的可再生能源研究所，未来要建成国家能源领域的高地。我决心成为这个蓝图的共建者，很快就加入青岛能源所。
初建的青岛能源所，实验室是临时搭建的，科研设备尤其是材料能源类设备奇缺，团队也很小，工作人员和学生寥寥几个人。但我们没有“等靠要”，而是一点点搭建平台，从材料体系攻关到器件制作，一步步积累。2012年到2015年间，我和团队专注于基础理论和前瞻材料研究突破；2015年到2018年间，我们省吃俭用、“勒紧裤腰带”建成了工程实验室、小试线、中试线，真正做出了第一批聚合物固态锂离子电池。现在回头看，正是那段艰苦的岁月，让我们打下了扎实的基础，也让团队养成了攻坚克难的韧劲。
技术破局：从实验室到深海，需求导向牵引的原始创新
记者：您团队研发的固态电池已经成功应用于深海科考，为载人潜水器“深海勇士”号提供了作业能源，保障了“沧海”号着陆器和“奋斗者”号潜水器万米深海的联合作业。能给我们讲讲这个过程中遇到了哪些挑战吗？深海这种极端环境，对电池的要求是不是特别苛刻？
崔光磊：深海环境对固态电池来说算得上是“终极考验”。我们对这个领域的开发始于2016年。彼时，中国科学院深海科学与工程研究所领导找到我们团队，提出了一个具体需求。他们当时在深海科考中使用的银锌电池成本高、寿命短，半年就得更换一次，而换一次电池要500万元。这种动力模式深海适应性差、安全隐患还大，比如，容易产生氢气，使科考设备上浮时压力发生变化，严重的话可能导致爆炸。
海洋科考需要我们研发一种长续航、高可靠的固态电池。深海环境的苛刻程度超出想象：万米深海的压力可达100个兆帕，相当于1000头成年大象踩在一个人的背上；深海设备面临海水腐蚀、介电性能差、信号干扰等问题。我们的电池不仅要抗压、抗低温（极地海域），还要做到小型化、轻量化——因为科考船的塔吊承重有限，超过十几吨的设备，一般的科考船就无法操作。
当时离出海只有两个月时间。我们团队全力攻关，吃住几乎都在实验室，终于按时做出了第一代产品。2017年3月，“青能—Ⅰ”型固态锂电池随“万泉”号着陆器奔赴马里亚纳海沟，连续9次下潜，7次突破万米，供电“零故障”。这些年，从“万泉”号到“奋斗者”号，我们的电池在深海深渊经受了无数次考验，保障了系列任务的完成。
极端环境是检验高技术最好的试金石。深海应用的成功，证明了固态电池在可靠性、稳定性上的优势，也为后来的民用化应用积累了宝贵数据和工程经验。
记者：成果的突破离不开创新的支撑。您的团队目前深耕固态锂电池复合材料体系的研究，研发了自己的材料体系。在这个过程中，有哪些关键的技术突破？具体解决了什么问题？
崔光磊：固态电池的研发就像“闯关升级”，每项新技术都需要突破关键瓶颈。
我们首先突破了单离子导体的开发。对于液体电解质来讲，锂盐会离解成正离子和负离子，在电场作用下，这两种离子会像两个往相反方向跑的人，因此锂离子对离子电导的有效贡献低于100%甚至停留在50%左右。所谓单离子导体，就是要让负离子“站着不动”，只让正离子跑，这样锂离子迁移数就能接近1，也就是让离子传输效率达到100%。这就好比原来需要两个人抬东西，现在一个人就能高效完成，功率密度大幅提升。
均质化正极技术是另一个关键突破。液态电池中，正极由活性物质、电子导电剂、离子导电剂等混合在一起，就像一群“性格不合”的人凑在一起干活，能级不匹配，容易“不和谐”发生化学反应。我们通过材料设计和精心调控，让活性物质本身既具备电子导电性又具备离子导电性，相当于一个精力充沛的人身兼数职，效率又高又和谐。这项技术解决了固态电池异相界面固-固阻抗大、需要高压调控的难题，让固态电池向汽车等应用场景更近一步。
还有前面提到的“刚柔并济”复合电解质体系。无论是液态电池还是固态电池，单一的电解质都有短板：比如，固态聚合物离子传输慢、氧化物质地太脆、硫化物稳定性差。我们想“博采众长”，把这些固态电解质的优点结合起来：用聚合物材料做基底，氧化物材料做界面包覆，硫化物材料改善离子传输，形成一个“工艺包”，可根据不同场景不同需求调整配方提供解决方案。这个逻辑就像包包子、包饺子、做面条所用的面的组成、软硬质地各不同，面对不同的电池场景，我们也能“调”出最合适需求的电解质体系。
这些突破不是一蹴而就的，也不是孤立的，而是围绕国家需求展开的应用基础研究多年攻关的积累。我们先搞清楚液态电池为什么会自燃、为什么能量密度上不去，再针对性地开发新材料、新体系，这是一个多年基础研究积累、使命导向的技术突破过程。
产业蓝图：从“大国重器”到千家万户，“革命”新能源汽车领域
记者：除了深海科考，固态电池在民用领域的应用进展如何？比如在新能源汽车方面，大家最关心的续航和安全等问题。您牵头承担了科技部新能源汽车专项重点研发计划，这是国内首个面向新能源汽车应用的固态电池国家级项目，前沿技术带来哪些改变？
崔光磊：新能源汽车是固态电池最重要的应用场景之一，也是我们重点攻关的方向。2018年，我们承担了国家科技部新能源汽车专项重点研发计划，目标是开发能量密度300瓦时/公斤的固态电池。结项的时候，我们实现了350瓦时/公斤，研制的固态电池在北汽新能源的车型上完成了1万公里的路试，非常具有可靠性。
对消费者来说，这意味着什么？现在主流新能源汽车的电池能量密度在每公斤180瓦时，这意味着充一次电能跑300至400公里。如果使用固态电池，同样重量的电池续航能达到600至800公里。如果是SUV这种空间更大的车型，电池体积更大，续航能突破1000公里。而且固态锂电池的传输效率更高，因此充电速度更快，快充技术下15分钟就能充满，可以彻底解决新能源汽车充电难、续航焦虑的问题。
更重要的是安全。固态电池没有电解液，放在烘箱里加热到150摄氏度仍完好无损。极端测试显示，就算发生碰撞，也不会发生起火爆炸。
那为什么目前新能源汽车尚未大规模应用固态电池呢？固态电池从产品到商品的主要卡点是成本。即使最便宜的聚合物固态电池体系，其成本目前仍高于传统液态电池20%左右。随着产能扩大和材料优化，固态电池成本会逐步下降。预计2027年后，固态电池就能实现大规模生产、小规模装车，有望在2030年左右普及。
记者：除了新能源汽车，固态电池还有哪些应用场景？我们了解到您的团队还在布局低空经济、消费电子等领域，能给我们介绍一下吗？
崔光磊：固态电池的应用场景非常广泛——只要有能源需求，它就能发挥作用。我们正在场景和需求驱动下，针对性开发各类专用电池。
比如，在低空经济领域，我们正和相关单位合作开发能量密度每公斤400瓦时的固态电池，为低空飞行器提供能源保障。届时，无人机电池续航有望达到原来两倍以上。这种技术已经在监测黑土地氮磷钾肥料含量精准施肥的无人机-智能电动拖拉机上进行了试用，在避免频繁充电的前提下，一次性就能完成100多亩地的监测工作。
在消费电子领域，我们正通过产业化公司，面向手机、智能穿戴设备用等消费电子领域研制电子产品级固态电池，有望提升手机的续航时长，同时提升安全性。未来，我们还要面向人形机器人等领域研制高安全、高能量密度的固态电池。
在储能领域，我们开发了深海深渊能源基站。它就像海底设备的“能源大本营”，不仅能给水下机器人充电，还具备信息交互功能，能支撑深海设备智能化、海洋数据的收集与传递，在海洋科考和深海采矿等领域前景广阔。
每一种电池都有最适合它的场景。我们不追求“万能电池”，而是针对不同场景的需求，持续研发最适配的能源解决方案。
扎根青岛：从产业配套到人才培养，赋能城市产业发展
记者：您见证了青岛新能源产业的发展。您觉得青岛在发展固态电池产业方面有哪些独特的优势？未来还有哪些方面需要加强？
崔光磊：青岛的优势很明显，能形成“需求—研发—产业化”的发展闭环。首先是科研资源集中，青岛能源所、崂山实验室等科研机构能通过源头创新，为产业提供强大的技术支撑；其次是产业基础雄厚，在智能家电、海洋装备等领域全国领先，为固态电池的应用提供了丰富的场景；最后是区位优势显著，作为港口城市，更便于产品“走出去”、国际化。
但实事求是地说，青岛在相关领域的产业链配套还不够完善。固态电池的核心材料、生产设备等还需要从外地采购，这给本土产业发展造成了成本掣肘。我认为，青岛应该进一步完善产业配套，重点发展海洋装备新能源、低空经济新能源这两个特色赛道，把场景优势转化为产业优势。
记者：作为科研带头人，您培养了很多优秀的学生，其中不少人已经成为头部企业的技术骨干。在人才培养方面，您有什么理念？您希望培养出什么样的科研人才？
崔光磊：人才培养和科研创新一样，都要需求导向，培养学生解决实际问题的能力。我常对学生说，做科研不能关起门来做，要知道市场需要什么、国家需要什么。我们培养的学生，既要懂基础理论，又要懂产业需求和应用，还要有解决实际问题的能力。
我的教育理念可以总结为三点：一是打好基础补齐学科短板，不管是化学、物理还是材料知识，基础不牢，地动山摇；二是建立跨学科视野，固态电池是交叉学科，需要电化学、材料学、物理学等多方面知识，要鼓励学生多跨领域学习和见习；三是强化实践能力，每个学生都要参与项目实践，从实验室研发到产业化落地，在实践中锻炼、成长、发展。
我常说，做科研要有“工匠精神”，要耐得住寂寞，不能追热点、赶时髦；同时也要有家国情怀，要把个人发展和国家需求结合起来。真正的人才，不要只会发论文，而要能解决实际问题，我希望我的学生都能成为这样对国家、对社会有贡献的人。回国近17年，我的团队累计培养了50名博士、硕士和联合培养学生，他们中的不少人在宁德时代、比亚迪等头部企业大展身手。
记者：您提到未来想更多地聚焦开发新材料和制造新体系，请您展望一下固态电池的未来发展趋势，并介绍一下您和团队接下来的研究重点。
崔光磊：我预测，固态电池会在未来5年进入快速发展期，能量密度持续提升、成本大幅下降、应用场
景不断拓展。下一步，我们要向每公斤500瓦时、700瓦时甚至1000瓦时的高能量密度固态电池开发进军。
具体来看，有三个研究重点：一是通过开发新的高比容正负极和综合性能优异的电解质材料，打造更高能量密度的电池体系；二是利用人工智能和大数据，缩短研发周期，降低试错成本，提高开发效率和成功率；三是以绿色循环为导向，开发可回收、无氟的固态电池，为“碳中和”作贡献。
从全球来看，中国的固态电池技术已经走在前列。在国际会议上，我们看到了其他国家对中国的“仰望”。但创新是没有止境的，而且真正的创新要突破行业瓶颈、满足国家需求。我会一直坚守并秉持这个理念，继续深耕固态电池领域，助力中国电池技术持续领跑，也为青岛的新能源产业发展贡献自己的微薄力量。（青岛日报/观海新闻记者 耿婷婷 实习生 韩玥）
青岛日报2026年8月26日1版
青岛日报2026年8月26日3版
责任编辑：王逸群
