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。

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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