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以材料之深度,拓应用之广度,上善院这样书写“硬核”答卷

一把刀,一块电池,与一场关于“铁”的硬核突围 一把传承千年的刀,如何在世界级的锻台上,淬炼出中国材料的新风采?一块看似平凡的电池,又如何从古老的铁元素中,寻找到碘伏未来储能格局的密码?近期,上海大学(浙江)高端装备基础件材料研究院(以下简称“上善院”)用两项“硬核”成果,给出了精彩的答案:一边是传统

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    一把刀,一块电池,与一场关于“铁”的硬核突围


    一把传承千年的刀,如何在世界级的锻台上,淬炼出中国材料的新风采?一块看似平凡的电池,又如何从古老的铁元素中,寻找到碘伏未来储能格局的密码?近期,上海大学(浙江)高端装备基础件材料研究院(以下简称“上善院”)用两项“硬核”成果,给出了精彩的答案:一边是传统技艺在国际赛场的荣耀加身,另一边是前沿技术从实验室向产业化的关键一跃。这背后,是一场围绕材料科学的深度耕耘。

    国际赛场“亮见”

    时间回到不久前的TMS 2026年会现场。在全球顶尖冶金材料学者云集的锻刀赛区,一把线条流畅、寒光内敛的中国传统样式刀具,成了聚光灯下的焦点。


    这柄刀出自上海大学代表队之手。要知道,这是中国高校首次组队登上TMS锻刀赛的舞台。面对全球26支劲旅的激烈比拼,这支队伍不仅展示了精湛的手工锻造技艺,更融入了深厚的文化底蕴,最终成功捧回“工匠之选:历史考究与工艺”特别奖项,实现了从零到一的突破。

    TMS(矿物、金属与材料学会)在业内分量十足,其年会更是全球规模最大的冶金材料综合性学术盛会。其中的学生锻刀赛独具特色,每两年一届,核心在于将传统铁匠技艺与现代冶金工程知识深度融合,要求参赛者亲手锻造出一把完整的刀刃。




    学生锻刀现场

    俗话说,好马配好鞍,好刀更需好钢。这次上海大学锻刀队亮见的底气,来源于团队自主研发的“欧冶一号”高碳马氏体不锈钢。相关技术报告指出,这种材料通过多形合金化原理,在成分与工艺上做了创新设计,一定程度上破解了传统刀具钢“高了硬度就脆,韧了又不够硬”的老大难问题,让强度、韧性、耐腐蚀性达成了更优的组合。在龙泉锻造大师郑国荣的倾心指导下,同学们最终以钢铁为语言,向世界讲述了一个传统文化与现代科技完美交融的故事。

    当然,任何一项国际赛事荣誉的取得,都离不开深厚的根基。早在2024年,上善院就在中国金属学会指导下,联合阳江合金材料实验室、阳江十八子集团有限公司,成功举办了大云锻刀会。那次活动系统测试了39种钢材的锻刀特性,相当于为此次出征做了一次全面的“战前演习”,积累了宝贵的材料数据、工艺方案和协同经验,完成了从国内基础研究到国际实战舞台的无缝衔接。


    2024年大云锻刀会开幕式现场

    储能领域“破局”

    如果说锻刀是对千年技艺的一次现代致敬,那么铁-空气电池的研发,则是一场直指未来能源格局的“破局”行动。

    当前全球能源转型浪潮中,储能技术,尤其是长时储能,被公认为构建新型电力系统的“压舱石”。瞄准这一战略需求,上海大学、江苏师范大学与上善院的研究力量汇聚一处,由上海大学高性能钢铁材料团队董瀚教授牵头,组建了专项攻关团队。基于团队在高纯铁材料领域的长期积累,他们在铁-空气电池研发上实现了一系列从材料体系到样机验证的系统性突破,硬是把许多“不可能”变成了“可行”。

    铁-空气电池为何备受瞩目?理论上,它能实现百小时级别的超长时储能,而成本目标有望控制在锂电池的十分之一左右。能量密度高、核心原料(铁和空气)储量近乎无限且廉价、使用安全的水系电解质、循环寿命长……这些诱人的潜在优势,让它成为了全球储能赛道的有力竞争者。

    然而,理想很丰满,现实却很骨感。从理论走向应用,横亘着诸多技术难关:铁负极容易钝化腐蚀、空气正极催化效率低下,加上系统工程化的复杂挑战,每一步都步履维艰。


    上善院铁-空气电池样机

    面对挑战,研究团队沿着“材料-界面-部件-系统”的研发逻辑,展开了系统性攻关,并在多个核心环节取得了关键进展:

    首先是负极设计,创新采用“铁粉-导电剂-粘结剂”的涂膏式多孔结构,大幅增加了电化学反应的有效面积;

    针对铁电池常见的析氢副反应难题,通过在电解液中引入特定硫化物,原位生成保护膜,实现了有效抑制;

    正极催化剂方面,成功开发出以铁-氮-碳为核心的非贵金属双功能催化剂,其性能足以媲美部分昂贵的贵金属催化剂;

    最终,通过巧妙的“三明治”电极结构和动态电解液循环系统,团队成功构建了瓦级铁-空气电池样机,实现了稳定的长时充放电循环。

    从一个古老的“生锈”现象,到未来智能电网的“新型能源调节器”,铁-空气电池研发承载的,远不止一项技术突破。它有可能成为破解长时储能世界性难题的一把“新钥匙”,更意味着,中国可以依托自身强大的钢铁冶金产业优势,在全球能源转型浪潮中抢占高质量发展先机,为整个钢铁产业的绿色转型升级,开辟出一个前所未有的“新市场”。一场围绕“铁”元素的绿色能源革命,正在静水深流中积蓄着澎湃力量。


    从锻刀场上火花四溅的激情淬炼,到电池测试台前毫厘必争的精密验证,这两个看似横跨千年的场景,在上善院的科研版图上产生了奇妙的共鸣与融合。

    “十四五”期间,上善院紧密围绕国家战略需求,在铁基材料的高纯化、高性能化及创新应用等领域取得了一系列突破。以“铁”为创新核心,他们正致力于打造一条从基础研究直达产业应用的完整链条,在高强韧材料制备、高纯净冶金技术及绿色低碳工艺等方面已达到国际先进水平,为我国高端装备制造、国防安全和新能源产业发展提供了不可或缺的关键材料支撑,也为“十五五”时期高端材料产业的高质量发展,扎下了坚实的根基。


    点击图片查看报道全文

    展望未来,上善院将继续秉承“上善若水”的院所精神,在基础研究与产业应用的广阔田野上深耕不辍。目标很明确:让更多源自上大实验室的材料科技成果,走出论文,走向生产线,在国家发展的重大需求和关键领域里,真正地发光发热。


    【上海大学融媒体中心】

    来源:上善院、中国冶金报

    责编:周婷南

    上观号作者:上海大学

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