鈣鈦礦電池迎來風口，中國汽車應加快研發

「新一代光伏發電核心技術路線之一」

作者|程振彪

編輯|李國政

出品|幫寧工作室（gbngzs）

今年春節剛過，本就動蕩的中東地區，更是風云（參數丨圖片）突變，劇烈戰火燃起，直到現在仍未真正平息，不僅讓當地生靈涂炭，而且全球也跟著遭殃，引發了迄今為止世界上最嚴重的石油危機。

為能源長久安全著想，許多國家和地區加快能源轉型步伐，皆把目光聚焦于可再生清潔能源，尤其是太陽能發電。在此領域，除了傳統的硅基光伏技術外，一種嶄新的鈣鈦礦太陽能電池技術脫穎而出，成為全球關注的焦點之一。

所謂鈣鈦礦，其實質是一種晶體結構奇特、能吸光的鈦酸鈣化合物，在大自然中是一種類似巖石的固體物質。

較早前，日本科學家曾率先選用了一種有機/無機雜化的鈣鈦礦材料作為新型光敏化劑，使早期的太陽能電池發電效率大幅提高。之后，韓國、瑞士等國科學家相繼推進鈣鈦礦太陽能電池技術進步。尤其是韓國，2012年，有關科研團隊研制出發電效率達到10%左右的世界首個全固態鈣鈦礦太陽能電池。

從2013年起，這種電池技術迅速成為世界科研的重要方向之一，曾入選著名的《科學》雜志的“世界科技十大突破”之一，被譽為最具發展前景的下一代光伏技術。2021年，韓國科學家又把單結鈣鈦礦電池發電效率提高至26%，刷新了當時的世界紀錄。

科技奇人馬斯克很看好該技術的發展前景，最近來中國考察相關工廠，重點關注包括鈣鈦礦在內的下一代高效光伏技術。

日本也在加緊研發。2024年11月，日本經濟產業省發布《下一代太陽能電池戰略》，提出規劃目標。為推動該戰略落地，日本政府還向核心研發企業提供巨額專項補貼支持。2025年日本新首相上任伊始，便把鈣碳礦太陽能電池和核電并行寫進國家戰略，并促使百億元資金補貼、量產研發、供應鏈本土化等一系列措施接連付諸實施。

有關國際研究機構稱，2025年是鈣鈦礦電池量產元年，未來兩年將進入產能爆發期，行業發展勢頭甚猛。

近年來，我國多家頂尖高校和科研機構相繼把鈣鈦礦列為重點材料攻關目標，并不斷取得突破，在該領域已經從追趕到領跑。如今，國內多條技術路線同步推進，疊層結構發電效率已提升至28%以上，該技術被列為中國“2025年十大科學進展”之一。一些企業量產不同的鈣鈦礦太陽能電池，開始商業化。

▍01

技術優勢及適用范圍

相比傳統硅基光伏電池，鈣鈦礦太陽能電池具有較多優勢：一是發電效率更高，在弱光如陰雨天、室內等條件下，也能實現光電轉換。

二是鈣鈦礦作為光敏（發電）材料，可以制備得更輕、構件超薄、更有柔性，甚至可以像墨水印刷到紙上那樣，制成半透明或透明薄膜電池，很方便地覆蓋相關物體表面上發電。

三是生產工藝簡短，成本較低，具有良好的使用經濟性。

基于這些突出的優勢，目前它被業界視為新一代光伏發電的核心技術路線之一。

當然，該技術現在處于不斷改進階段，距真正大規模普及應用，尚有一些技術瓶頸需要突破，比如穩定性、耐用性等，尤其是更高的經濟性，只能待大規模應用后方能顯現。

不過，當下我國科技進步迅猛，技術迭代很快，有關專業人士預計，大致兩年內，鈣鈦礦太陽能電池將迎來推廣普及熱潮，是我國能源轉型中的又一風口。

從理論上講，鈣鈦礦太陽能電池使用場合十分廣泛，凡是傳統光伏板電池應用之處，均是其用武之地。只不過，光伏板電池技術發展已有很長時間，非常成熟，且產業鏈完整、規模巨大、經濟性好。與之相比，鈣鈦礦電池屬于新生事物，雖然有發電效率高、前景看好的一面，但還有一些需要完善提高之處，人們期待其技術全面成熟。

至少在近、中期內，兩種技術并非是誰取代誰的關系（僅就從技術很先進高效的鈣鈦礦電池組件疊層結構上看，傳統的晶硅層也必不可少），而是優勢互補、取長補短、協同發展，在傳統化石能源轉型至清潔可再生能源過程中，共同發揮作用。

基于其突出優勢，在發展初期和起步階段，鈣鈦礦太陽能電池應主要把傳統光伏電池不甚適合的場合，作為自己推廣普及的突破口。

需要提醒的是，兩種技術相關方不必內卷惡斗。現在網絡上已經有互相攻訐的跡象，其實，不同技術的兩方均不應夸大宣傳自己，或抹黑攻擊對方，良性競爭才能促進各自技術進步和產業發展。

鈣鈦礦太陽能電池的使用范圍很廣，可以說是上至天空、下至地面。

天上應用，是因為其材料很輕，可大大降低火箭的發射成本，發電效率高，且具柔性，適合建造在運行于太空的器具、裝置（如衛星、太空探測器、空間站）上，甚至是建造專門供電的大型發電站。

對此，馬斯克已有所設想，他多次來中國考察相關材料研發企業，目的之一是選擇可能的供應商合作伙伴。這位科技超人認為，人工智能技術發展的關鍵，不僅僅在于芯片等，而且還需要有支撐算力的充足能源，而太陽能在太空全時段發電（供電），是最佳選擇。

今年5月24日，中國二十三號載人飛船發射升空，3名航天員在太空進行9項載荷科學實驗項目，其中一項就是對鈣鈦礦太陽能電池進行艙外在軌驗證試驗。

這是人類首次將鈣鈦礦太陽能電池帶到空間站，意味著我國已拉開在太空對鈣鈦礦太陽能電池技術進行試驗研究與應用的大幕；表明在世界上，中國在這種能源材料技術領域，處于遙遙領先之勢。

在地面，可率先應用鈣鈦礦電池的地方很多。

首先，可用于小型便攜式電子產品。

迄今為止，人們通常使用的輕便小型電子產品，其電源或是小型號的傳統電池（包括紐扣電池等），或是可充電的小號電池。鈣鈦礦電池在弱光下幾乎全時段供電的特點，完全可將上述這些電池替換下來，應用規模達到一定程度后，不僅用戶獲得好處，而且社會效益（諸如節約資源、有益環保）也很明顯和突出，符合國家發展戰略的大方向。

已有相關廠家推出此類產品，例如鈣鈦礦電池手表（10年前，筆者在國外訪問時，朋友贈予一塊這樣的手表，我回國后戴在手腕上，有不少人感到好奇）、電子鬧鐘、家用體重磅秤、醫用電子裝置（如血壓儀等）、手提電腦等。

這類電子產品所用的電源雖然也被稱作電池，其實質是產品外殼表面覆蓋一層透明或深色的光伏薄膜，或是具有光伏發電夾層的柔性玻璃——既可以給器具（物件）供電，又不影響美感。

其次，可廣泛用于建筑物的外表面進行發電。

傳統光伏板多鋪設于房屋屋頂比較平坦的表面，但在凸凹不平、曲折之處，施工就很困難。另外，建筑物的垂直面外表也不適合安裝這種光伏板。這兩種場合更適合柔性鈣鈦礦太陽能電池。例如，辦公大樓的玻璃幕墻或玻璃窗戶，或可覆蓋一層鈣鈦礦發電薄膜，或使用有鈣碳礦發電夾層的特制玻璃等。

在我國，并非家家戶戶都有屋頂來安裝光伏板發電，但每家每戶皆有窗戶，均可采用柔性鈣鈦礦電池窗簾——像普通窗簾那樣，使用時拉上，不用時折疊收起，甚為方便。

總之，凡外表面不太適合安裝傳統光伏發電板的建筑物，柔性鈣鈦礦太陽能電池完全可以派上用場。

此外，我國高速公路四通發達，市區內高架橋路林立，為了在居民區減少交通噪音，各地普遍設置噪音擋板。發電效率很高的柔性鈣鈦礦電池技術已取得重大突破，完全可以讓這些設施既防噪又發電。全國這些設施極多，能把光照轉換成電的面積巨大，如果用上鈣鈦礦電池技術技術，總發電量驚人，減排降碳的社會效益多多，因而前景誘人。

從汽車的視角來看，我國汽車總保有量遠超3億輛，停車占地面積大得驚人。除了專用停車樓、地下室等停車場外，那些露天戶外停車處完全可以利用起來建設鈣鈦礦太陽能電池充電設施，給汽車補能。

▍02

加快在汽車上試驗應用

人類造太陽能汽車的構想由來久矣，在不同時期也確實造出了各式樣車。在一些科普書里，比較經典的太陽能汽車圖片上，有一輛小而簡陋的單座車，車頂上安裝了一張寬大的（發電）光伏板，給車輛提供動力。

但由于傳統光伏發電效率低，即便白天光照強烈時，產生的電能也很有限，汽車難跑遠，達不到人們的期待。

時光來到2025年前后，世界科技革命浪潮洶涌，人們終于迎來鈣鈦礦太陽能電池技術的重大進展，發電效率大幅提高，性能更優，真正的太陽能汽車正慢慢到來，柔性鈣鈦礦電太陽能電池就是先導和可及的一步。如果將其作為新能源汽車的主動補能技術而加以利用，能明顯增強這類汽車的優勢和市場競爭力，對中國汽車高質量可持續發展具有深遠的戰略意義。

中國新能源汽車已領跑世界，但如果從純技術的角度觀察，行業依然存在一個不容忽視的短板，即動力電池不完美，引發用戶對續航里程的焦慮。

為破解這一難題，行業已研究出諸多可行方案，但仍然難以從根本上消除問題。比如，就汽車運行工作原理而論，不管是傳統燃油車還是新能源汽車，在行駛一定里程后，均要從外部設施被動加油或充電。

像人們寄予厚望的固態電池，迄今仍需要較大的技術進步，方能真正實用化和商業化。即使未來固態電池的設定目標均達成，但汽車行駛一定里程后，仍然需要充電補能，完善相關基礎設施不可或缺。

按照一些先行先試企業給出的數據或信息，裝備鈣鈦礦太陽能電池主動補能技術的新能源汽車，在全天滿發電滿供的情況下，可僅靠由此而補的能量，短距離續航行駛約20-30公里，可被視作真正的太陽能汽車。

●基于阿維塔07打造的鈣鈦礦透明光伏天幕樣車

這種形式的補能帶來一系列好處。一是從宏觀層面來看，汽車主動補的能，是真正意義上的可再生清潔能源，符合世界減排降碳的能源轉型戰略目標要求。二是可節省一定數量的充電站（樁）等基礎設施。三是用戶得實惠，既節省了電費，又減少了被動補能的麻煩。

尤其是第二條。經濟欠發達地區的基礎設施建設滯后，此優越性在這些地方顯得特別突出。

一旦鈣鈦礦太陽能電池技術全面成熟達標，并獲得實際應用，那么這種主動補能的汽車，必將受到市場歡迎和追捧，成為車企的一個賣點，包括銷到海外的車型。

據業內相關人士預判，鈣鈦礦光伏電池用于汽車的節能補能技術，在未來2至3年內將得到推廣、普及，成為一些汽車的標配。在國內，目前至少有兩家車企已宣稱，2028年將量產這種汽車。

中國汽車界應對鈣鈦礦光伏電池技術發展給予足夠的認識與重視，車企相關人員應密切跟蹤相關動態。

誠然，不少車企已為固態電池技術的研發投入了巨大的人力物力，擔心如果又要關注鈣鈦礦光伏電池發展，精力會被分散。其實不必過慮，因為后者前期階段的投入，主要來自材料供應方。

車企重視這兩種技術發展，不會顧此失彼。

固態電池是新一代電動汽車的主動力（主電池），而鈣鈦礦光伏電池至少從短期看是為之補能，僅起到輔助作用。如果兩種技術雙管齊下，則可使汽車的運行工作接近完美。而且，倘若鈣鈦礦光伏（輔助）副電池高效而穩定工作，在保證主（動力）電池額定功率輸出的情況下，將其做得更小些，可減輕汽車自重，很利于節能。

建議汽車企業可選擇一到兩家有實力、技術可靠的材料（技術）供應商，進行合作，聯合實施實車實驗開發項目，不斷對技術進行完善提高，最終達到預期效果。

從理論上講，無論是傳統燃油車，還是新能源汽車；不管是小車，還是大車，皆可配置這種光伏節能補能技術裝備。

需要指出的是，與在建筑物表面上鋪設光伏電池不同，車企應格外注意裝設鈣鈦礦光伏電池后車身表面的視覺效果。汽車（尤其是私家車）是人們的心愛之物，裝用鈣鈦礦發電組件不能有礙車輛觀瞻。

另外，車身表面積有限，對發電組件的工作效率提出了很高要求。再者，汽車是耐用品，所用零部件及有關裝備不能頻繁更換。這些都對發電組件的穩定性及耐用可靠性，提出了較嚴苛的要求。

●三菱Elevance和拖車的車頂都配備鈣鈦礦太陽能電池

縱觀當下鈣鈦礦太陽能電池在汽車上的試驗應用，在有關企業先行研究開發推出的樣車樣品上，應用的發電組件方案大致有3種。

其一，包括車窗玻璃在內的車身所有表面，均覆蓋一層透明或半透明的柔性光伏薄膜。

其二，車身表面覆蓋柔性光伏薄膜，車窗裝設具有光伏發電夾層的特制玻璃。

其三，除車窗外，車身表面皆覆蓋光伏薄膜，而車窗玻璃或覆蓋薄膜，或安裝特制的光伏夾層玻璃；或者只在寬大的車頂處，鋪設一塊類似柔性地毯那樣的高效發電疊層光伏組件，不需要發電時可方便地取下，但用時會有礙汽車觀瞻。

這3種不同車身表面鋪設方案，各有利弊。車企可選擇不同類別的車型，包括油車、電車、大車、小車等，以單個車或極少量車，分別采用不同的技術路線，進行實車試驗，掌握了解其技術特征及適用所在。試驗試用——發現問題——改進提高（技術突破）是一個較長的過程，需要汽車企業及早謀劃和付諸實施。

鈣鈦礦太陽能電池的未來充滿希望，值得期待。

（感謝東風汽車老科協武漢聯合會對本文寫作中的幫助和支持）