参加“能源材料2026”国际会议的总结

2026年7月6日－10日，由中国金属学会（CSM）和美国矿物、金属和材料学会（TMS）轮流举办的 “能源材料 2026 ”会议在美国加州Anaheim召开。中国金属学会有关专家参加了会议。与其同期、同地举行的还有TMS的另外三个会议，分别是材料及制造人工智能会议（AIM2026）、高熵合金会议（HEA2026）、增材制造可重复性、验证和标准发展会议（RQSD）。这四个会议合并称为“Speciality Congress 2026”。“能源材料2026”会议专注于对全球向具有韧性、高效能源基础设施转型至关重要的材料科学，展示用于核能、可再生能源、储能、氢能和超超临界电力系统的材料技术突破和战略框架。下面就会议内容做简单介绍，希望能为有关冶金、材料的科技人员提供点滴的有益参考。

一、核能材料

从会议报告看，核能材料研究者重视辐照给核反应堆燃料和结构组件带来的影响，以确保先进核反应堆的安全性和寿命。爱达荷国家实验室（Idaho National Laboratory）的Brenden Heidrich介绍了由该实验室牵头的联邦计划－核科学用户设施 (NSUF) 。NSUF 组建了一个由21家美国“合作伙伴”机构的联盟，利用国家实验室、高校和工业界的既有设施和投资，为研究人员提供免费使用这些技术基础设施的机会，以解决与核燃料及材料辐照效应相关的重要问题。

该技术基础设施包括：1、辐照设施：专门获取中子、离子和伽马射线辐照，以便能够在几个月内模拟数十年的核反应堆磨损；2、辐照后检验 (PIE)：使用热室（hot cells）和先进表征技术来研究放射性样品；3、数字化支柱：高性能计算 (HPC)与人工智能（AI）驱动数据分析相结合，以创建材料疲劳的预测模型。

爱达荷国家实验室的另一位研究者Rongjie Song，介绍了耦合环境测试加速核材料研发。他认为，下一代核系统要求结构材料和包壳材料能够承受前所未有的复合应力条件，包括高温、强辐射场、腐蚀性冷却剂、机械载荷以及瞬态运行工况。尽管针对单一的材料退化机制已有广泛研究，但材料的实际性能往往取决于多种环境因素之间的相互作用。为应对这些挑战，美国核科学用户设施 (NSUF) 提供的综合测试平台，能够在受控实验中实现辐照、热、机械及化学环境的耦合作用。通过将辐照与腐蚀、热机械载荷及实时微观结构诊断相结合，耦合环境测试能更真实地揭示材料退化路径及性能极限。人工智能/机器学习 (AI/ML) 驱动的数据分析进一步增强了这些多模态实验方法的能力。研究表明，环境耦合测试能显著缩短研发周期，并有助于快速筛选出具有潜力的结构材料。

美国橡树岭国家实验室 (Oak Ridge National Laboratory)的Takaaki Koyanagi ，针对先进核裂变与聚变能系统堆芯结构的子组件，采用SiC纤维增强SiC基体复合材料制成的空心管状结构。这些优质组件既要求精确的尺寸控制、经济高效的生产和工艺一致性，又必须满足热物理性能指标。为改进现有加工技术以满足上述需求，该研究探讨了先进制造与表征方法的应用。通过在增材制造的SiC管基体上缠绕SiC纤维，实现了光滑的内表面光洁度及对内径的精确控制。研究还评估了新型SiC纤维，旨在提高复合材料的极限强度。利用人工智能（AI）辅助的X射线计算机断层扫描（CT）技术分析管材，缩短了检测加工引起的裂纹与微孔隙以及评估制造尺寸精度的周期。

开发能够承受极端环境的材料对于推动核能技术发展至关重要。太平洋西北国家实验室 (Pacific Northwest National Laboratory)的Osman El-Atwani介绍了面向核能应用的复杂合金（包括高熵合金）的设计、合成、表征与测试，以获得更高的强度、抗辐照性能和热稳定性。尽管此类合金的开发尚处于相对较低的技术成熟水平，但大量研究已证实其具备优异的抗辐照性能、热稳定性和力学性能。作者分析了用于核聚变和核裂变能应用的复杂合金所面临的挑战，介绍一种结合实验与计算的方法框架，该框架支持新型复杂合金体系的高通量设计，并展示这些合金在高温及单束/双束辐照等极端条件下的性能数据。

二、可再生能源与储能材料

电动汽车需求的增长正加速推动对高能量密度、低成本锂离子电池的需求。磷酸铁锂（LFP）因其环境友好性、热稳定性和经济性，已成为一种极具前景的正极材料。然而，其广泛应用仍受限于相对较低能量密度和较高离子电阻，特别是在高容量应用所需的厚膜电极中。Gachon University的Junghyun Choi 介绍了面向高能量密度锂离子电池的高载量LFP正极电极技术，探讨实现低电阻LFP厚膜电极的先进电极工程策略。第一种采用双层设计，通过调节电极上、下区域的孔隙率分布来优化离子和电子的传输路径。第二种侧重于干法电极制造工艺，这是一种近期备受关注的环保型无溶剂制造技术。该演讲分析这两种策略的优势和如何克服传统LFP电池的固有局限性。

锂电池凭借其超高的理论容量和极低的电化学电位，被视为下一代储能设备。然而，电解质-电极界面不稳定、电化学窗口窄以及严重的安全隐患等问题，一直制约着其实际应用。Dawood University of Engineering and Technology, Karachi的Saijid Siyal 提出了一种利用紫外光（UV）技术制备电解质的新方法，旨在提升电解质的电化学性能与安全性。通过紫外光固化工艺合成具有柔性 Li⁺ 互穿网络结构的薄膜；该网络实现了陶瓷结构与聚合物基体的有效复合，从而制备出兼具机械柔韧性与界面稳定性的自支撑电解质薄膜。这种紫外光辅助制备的电解质为开发高性能、安全且可规模化生产的固态锂电池提供了一条极具前景的途径。

电动汽车、电网储能及可再生能源领域需求的日益增长，加剧了对性能更优异锂离子电池的需求。要达到这些性能指标，需要具备经工程化设计的微观结构特性的多功能电极，然而传统的浆料涂布工艺受到诸多制约。这促使人们探索能够赋予电极更优特性的替代制造方法。华威大学 (Warwick University)的 Zelin Ye介绍了基于电泳沉积（EPD）的电池电极制造技术，用于制造多功能复合电极。采用一种系统性策略，将磷酸铁锂（LFP）、碳纳米管（CNT）和固态电解质（LiCGC）颗粒共沉积，构建出具有优化传输特性的结构。CNT 形成了性能优于炭黑的稳固导电网络，而 LiCGC 则降低了界面阻抗和体相阻抗，从而增强了离子/电子的传输。该演讲展示通过 EPD 构建的 CNT 支撑导电骨架；LFP、CNT 和 LiCGC 的集成共沉积；以及柔性、低阻抗电极制造。研究结果证明了 EPD 技术的有效性，并为其他多材料应用（包括具有承载能力的复杂形状结构电池）提供了借鉴。

北京科技大学的朱亚坤介绍了低温渗碳（LTC）对增材制造（AM ） 316L 不锈钢的影响，重点关注钝化膜的化学/电化学性质及材料的力学强度。研究发现低温渗碳能够同时提升 AM 316L 的电化学性能与力学性能，从而推动高性能、可持续不锈钢双极板的开发。

镁-空气电池是具有高理论容量的成本效益型储能候选者，但会遭受特定的形态失效。Mg(OH)₂ 的积累减少了活性表面积，而自发的自腐蚀会释放氢气，从而导致效率损失。Shamoon College of Engineering提出了创新解决方案，即开发协同电解质添加剂混合物。通过针对阳极合金的特定微观结构定制这些添加剂，成功抑制钝化并稳定了氧还原动力学，为耐用的水系储能创建了一个可靠的框架。

MTI 公司的Chengyi Wu介绍了用于加快能源材料开发的AI驱动型自动化实验平台，即自驱动实验室 (SDL) 系统，该系统旨在消除材料开发中人为试错造成的延迟。该平台支持闭环、高通量的自动化合成，包括精确配料、均匀混合以及高密度压片和单相形成。该平台利用了自适应人工智能算法来处理实时的表征数据，通过反馈回路不断完善人工智能的预测，从而指导后续实验批次（例如固态电解质和高熵合金）的参数选择。

三、氢能与超超临界 (A-USC) 材料

该领域将化石能源效率与氢能转型连接起来，研究者们重点关注专为 700℃+ 极端环境设计的合金，在这些环境中，蠕变和氧化是主要的失效模式。

克拉科夫科技大学 (AGH University of Krakow)的Grzegorz Cempura，介绍了Sanicro 25合金在700℃下经受长达 30,000 小时蒸汽氧化后的蒸汽氧化行为与亚表层相不稳定性研究。Sanicro 25 (X7NiCrWCuCoNb25-23-3-3-2) 合金在蒸汽环境下的长期暴露行为，旨在阐明保护性氧化层如何改变邻近金属的微观组织。在700℃下暴露 30,000小时后，该合金表面形成了厚度约为2.6µm的连续富铬氧化皮，伴有局部锰富集，且未发生宏观剥落。通过SEM-EDX、TEM/STEM、EELS、3D FIB-SEM 断层扫描以及CALPHAD/Prisma 模拟的综合分析表明，氧化皮的形成伴随着一个向内延伸约6.5µm的贫铬亚表层区域。这种局部的化学成分梯度改变了次生相的热力学稳定性：当基体中的铬含量降低到一定程度时，富铬M₂₃C₆碳化物和Nb-Cr-N Z相变得不稳定。研究认为，这些相的溶解导致了氧化层/金属界面下方出现析出相贫化区以及局部的晶粒重构。

宝武特种冶金有限公司的王宇介绍了用于可再生能源储能的镍基合金在凝固与热变形过程中的微观组织演变。通过对大型铸锭进行纵向剖切，发现铸锭表层的柱状晶发育极为显著，长度约为10厘米；在铸锭半径中部发现明显的细晶带。模拟凝固与退火过程发现，铸锭表层的柱状晶结构在冷却过程中极易保留热应力，这可能在随后的热变形工序中引发微裂纹。

浙江久立特材公司介绍用 UNS N09925 无缝管替代实心棒材，以提高酸性气体和氢气应用中的材料利用率。该工艺通过γ 相的沉淀，显著提高了屈服强度，通过了氢致应力开裂 (HISC) 和慢应变速率测试 (SSRT)。发现双级时效通过γ 相析出显著提升了屈服强度。久立特材公司利用第一性原理对晶界析出物（富铬M₂₃C₆、富镍 B2 等）进行计算，表明M₂₃C₆/基体具有弥散电荷的共价-金属键，更容易发生粗化。TiC/基体为强离子键，伴有局域电荷转移，这种高能键有效地抑制了粗化，从而在高温下保持了抗蠕变性。

高温合金具有耐热性高、高温强度高以及优异的耐腐蚀和抗氧化性能等特点。慕尼黑工业大学 (Technical University of Munich)的Ralph Gilles认为，中子技术（包括中子衍射、小角中子散射、瞬发伽马活化分析）与互补技术（如 SEM/TEM 和原子探针断层扫描）是进一步改善并最终优化工业级高温合金（例如 VDM Alloy 780）微观结构的理想工具。该报告利用高温中子测量实现对相变和析出行为的原位监测。此外，还探讨了充氢对高温合金的影响，并讨论了由此引起的晶格参数及力学性能变化。

西弗吉尼亚大学（West Virginia University）Xingbo Liu介绍了热腐蚀的电化学研究成果。II型热腐蚀对燃煤电厂的高温部件构成了严重威胁。他探讨了TP347H不锈钢在含有熔融硫酸盐的人工煤灰环境（500℃~900℃）中的电化学动力学行为。为解决缺乏可靠高温传感器的问题，开发了一种坚固耐用且采用石英密封的Cu/Cu²⁺参比电极。该电极利用热激活钠离子扩散机制，在500℃下实现了6.7 kΩ的低欧姆电阻，从而确保了其在强腐蚀性熔盐环境中的稳定性和重现性。通过原位电化学噪声（EN）分析结合动电位极化测试，揭示了腐蚀速率随温度变化的复杂规律（即650℃ < 750℃ < 700℃），显示了原位电化学监测技术在理解非稳态热腐蚀过程方面的有效性。

纵观“能源材料 2026 ”会议的报告，给我们留下一个深刻的印象：国外材料研究者正在普遍利用人工智能方法，辅助和加速材料的设计、制造、表征和测试等，并不是依赖人工智能的专业人员。这是值得我们思考的发展趋势。

此外，在此次能源材料国际会议上看到我国特殊合金和材料的民营企业的科技工作者，介绍与生产实践密切相关的重要成果，这是我国民营企业积极走向国际的可喜现象。