作者：程浩
编辑：于长洹
图源：梁远浩 摄
11月17日—18日，由中山大学主办的2024大湾区科学论坛“先进能源技术”分论坛在广州举行。在活动现场，AI技术和纳米材料成为专家学者们讨论的焦点，尤其是AI技术在先进能源新材料研究的广泛应用，革新了材料研究范式，新材料研究跨越实验室到产业化鸿沟。
作为大湾区科学论坛首届聚焦先进能源技术领域的分论坛，此次先进能源技术分论坛充分发挥粤港澳大湾区得天独厚的地理优势和产业基础，围绕太阳能、风能、生物质能、化石能源、二氧化碳资源化利用及氢能等能源领域的基础研究和技术进展，共同探讨先进能源技术所面临的挑战与解决方案。
“研究的范式需要革新，我们正在跟万华合作开发材料研发的AI智能体，可以帮助我们解决研究工程遇到的很多的困境，可以解决高维复杂的问题，减少每一个研发步骤之间的隔阂，可以加速我们的实验。”中国科学院院士、北京大学党委常委、副校长张锦现场提出关于“AI Agent for Science”的愿景，希望AI技术能够帮助科研人员获得跨领域的知识和思维、释放创新潜能，成为覆盖材料研发到产品化全流程的有效工具。
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AI驱动下的新能源材料产业革新
在当今全球能源结构转型与气候变化的双重背景下，新能源材料与技术创新正以前所未有的速度引领着一场深刻的能源革命。
当前，将人工智能方法引入科研已成为一个重要的交叉学科方向。作为近代工业飞速发展的支柱学科，材料科学成为人工智能大举进入的下一个风口。
“材料学一直面临着体系复杂度高、数据标准化程度低、研究链条长等问题，传统研究范式主要基于还原论，造成了科学理解的局限性以及材料实验室研究到产业化生产的鸿沟。”在分论坛上，张锦从材料表征、控制制备以及产业化三个方面探讨AI技术能否革新材料研究范式。在他看来，AI技术擅长处理高维度、多尺度数据，能够发掘参数之间的复杂关联，揭示传统方法难以发现的规律，为解决材料学研究目前的困境提供了可能。
17日下午，中国科学院院士、北京大学党委常委、副校长张锦在分论坛现场探讨 AI 技术能否革新材料研究范式。受访单位供图
张锦介绍，当前AI正在革新材料科学研究的范式，为材料数据库的标准化、材料基础研究的全局性和材料跨越实验室到产业化的鸿沟提供助力。如AI这个工具不仅可以扩展认知、辅助决策，还可以放大人的创造力。在材料智能化（AI for Materials）的加持下，科研人员能够增强对材料体系全局的理解，进一步对齐从实验室到产业化的目标，从全局的角度开展材料的研发工作。
在活动现场，张锦提出“AI Agent for Science”的愿景，希望AI能够帮助科研人员获得跨领域的知识和思维、释放创新潜能，成为覆盖材料研发到产品化全流程的有效工具。
“当大家谈到AI，AI能够帮助我们什么事情？我们希望AI对材料的合成和制备上有所帮助。”在分论坛现场，中国科学院院士、南方科技大学理学院院长俞书宏现场分享了关于一维无机纳米结构的可控合成及能源转换性能研究，该团队以这些无机纳米线为构筑单元，实现了多种纳米线组装体的宏量制备，包括有序纳米线薄膜、三维纳米线气凝胶和水凝胶等。这些纳米线组装体有望应用于光电转换器件、透明和柔性导电电极、智能变色、弹性导体等领域。
俞书宏介绍，通过将AI技术引入仿生材料领域，开展工艺智能评估、自主化决策开发、智能化制备流程和自动化设备开发，带来了仿生材料智能自主制备的曙光。如一个用于制备可持续功能材料的自动化“细菌工厂”，具有巨大的应用潜力，在“细菌工厂”中，人工成本降到最低，细菌和机械协同合成材料。这种合作可以被描述为半生物半机械的系统，是推动材料生产最具前景的方向之一。
俞书宏表示，未来通过引入更多的检测和识别工具，结合机器学习和人工智能，使该系统具备“人工大脑”来处理数据和控制纳米复合材料生长参数，有可能实现纳米复合材料的全自动化制备，有望开发出更智能、更集成的混合系统，方便、高效地实现可持续功能材料的连续化和规模化生产。
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先进能源新技术新业态快速涌现
作为此次大湾区科学论坛的举办地，广东的能源消费需求大，当前，新能源产业正成为广东最具发展前景的战略性新兴产业之一。
近年来，广东新能源产业规模不断壮大。广东风力发电机组、逆变器、高效太阳能电池和集热器等研发制造处于全国领先地位，氢能利用、储能技术、充电桩和智能电网建设位居全国前列，自主品牌“华龙一号”三代核电技术达到国际先进水平。
根据《广东省培育新能源战略性新兴产业集群行动计划（2023-2025年）》，广东将大力发展海上风电、太阳能、先进核能等优势产业，加快培育新型储能、氢能、智能电网等新兴产业，建设沿海新能源产业带和省内差异布局的产业集聚区，助推能源清洁低碳化转型。
在粤港澳大湾区，不少科研院所已经开展了一些先进能源基础研究和技术的前沿探索，加快打造粤港澳大湾区前沿技术策源地，推进粤港澳大湾区加快形成新质生产力。
在分论坛上，来自广东中山大学、中国科学院深圳先进技术研究院等多名院士和专家学者围绕氢能、储能电池技术等能源领域的基础研究和技术进展进行分享，探讨先进能源技术挑战与解决方案。
“目前锂离子电池在电化学储能市场占据主导地位，但是锂离子电池因安全性、资源的稀缺性将难以满足大规模储能应用的需求，从而需要发展其他先进电化学储能技术。”中国科学院院士、中国科学院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所所长成会明提出了新型固态电池、水系电池、宽温域铝基高性能电池、锌离子电池和电池材料的修复与再利用技术等一系列创新路径。通过储能技术有效平抑大规模太阳能发电和风力发电等可再生能源发电的波动性，提高能源系统的安全性、经济性和稳定性。
在基础研究领域，从事水污染控制理论和技术研究的中山大学教授、博士生导师方晶云以水污染控制卤素自由基化学机制与技术为主题，从探针化合物的筛选出发，结合动力学测定和模型计算，开发了能高效产生卤素自由基的紫外/氯技术，并发展了定向调控方法促进水中污染物的高效去除。
中山大学二级教授、化学工程与技术学院院长欧阳钢锋围绕自然环境条件下过氧化氢的高效光催化合成主题进行分享，通过提高低费米能级半导体的光响应性，在两个费米能级差较少的半导体中构建Z型异质结，以此为基础设计合成了含有Z型异质结的新型光催化剂。该研究为设计Z型异质结提供了新思路，实现了自然环境中高效过氧化氢光催化合成，为环境光化学和水处理高级氧化技术优化在环境治理中的实际工程应用提供理论支撑。
中山大学逸仙学者、二级教授邹贵付一直从事新型薄膜材料分子设计及其能源高效利用研究，系统研究了钙钛矿单晶太阳能电池及分子铁电薄膜高效能源转化行为。在分论坛现场，他分享了关于分子铁电催化的研究，如何通过利用铁电极化场促进载流子面外输运策略，突破了二维多量子阱势垒的阻碍，构建高效二维分子铁电薄膜光伏电池。
当前，广东通过整合省内外科研院所、高校、企业等创新资源，加快新能源技术创新平台建设，协同构建新能源实验室体系，广东先进能源新技术、新业态、新模式快速涌现。
从整体来看，目前广东已在海上风电、太阳能、氢燃料电池、智能电网、核电、天然气及其水合物等领域形成一批国内领先、具有国际竞争力的核心技术和自主品牌，推动广东成为国内新能源示范区、产业技术和商业模式创新区。
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能源产业加快向清洁低碳化转型
在分论坛上，氢能产业和技术的研究也备受关注。氢气不仅是洁净的能源载体，也是重要的工业原料，氢能因此成为实现“双碳”目标的重要途径。
作为全球能源转型发展的重要载体之一，广东已率先实现氢能“制、储、输、用”产业链的全覆盖，在广州、佛山等地形成了多个制氢、储氢、氢燃料电池领域的产业集群，在全球能源转型这场时代棋局中频出“妙手”，积极推广氢能应用、促进技术产品创新，为能源未来落子布局。
“氢能产业主要包括氢气制取、储运和应用三大环节。安全高效氢储运是制约氢能产业发展的关键技术。”中山大学先进能源学院教授、博士生导师李海文围绕固态储氢技术进行分享，相比于高压气态和低温液态等物理储氢方式，通过将氢以原子状态存储的固态储氢技术可实现常温、低压（≤5MPa）和高密度（35 MPa的2倍以上）存储，有望破解当前氢气储运难题。
18日上午，中山大学先进能源学院教授、博士生导师李海文围绕固态储氢技术进行分享。受访单位供图
李海文以固态储氢技术在交通、储能和压缩等领域的应用示范为例，详细介绍镁基储氢、静态热压缩等国内外前沿发展动向，并围绕固态储氢技术产业化发展展开讨论，目前氢能主要运用在镍氢电池领域，未来需要开发面向特定应用场景的材料设计和储氢装置设计，并开展规模化生产技术研发，进一步实现储氢的降本增效。
中山大学先进能源学院教授、博士生导师明平剑通过对国内外氢能飞机及氢能动力发展情况进行调研分析，重点介绍可持续燃料、氢能动力系统及混合动力系统发展情况，对氢能发动机涉及的跨临界流动传热特性、燃料电池热管理、氢稳定燃烧和飞发一体化等关键技术进行分析，指出未来氢燃料航空动力系统发展的趋势和面临的挑战。
在未来绿色低碳领域，广东正在重点布局以阳江、汕头、揭阳、汕尾为引领的沿海经济带深远海风电高端装备制造集群，以广州、深圳、佛山、东莞、中山、云浮、潮州为引领的氢能“制储输用”全产业链，以惠州、湛江、汕尾为核心起步区的CCUS（碳捕捉）产业集群，以珠三角地区为核心的高效光伏关键装备和原辅料产业基地。
根据此前规划，预计到2025年，广东新能源产业营业收入将超过1万亿元，增加值超过2000亿元；新能源产业集群涉及的发电装机规模约14430万千瓦，天然气供应能力超过800亿立方米，供氢能力超10万吨，形成国内领先、世界一流的新能源产业集群。
本期编辑 张樱洁
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