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“終身免充電”可控核聚變用於汽車還有多遠?
2025-10-31 09:37:27來源:中國汽車報網責編:楊蕓菲

  電動汽車不用充電就能跑,曾經是無數人的夢想。

  如今,這個夢想距離現實正逐漸走近。近日,隨著“氫能與核聚變能”出現在“十五五”規劃建議中,以及聚變商用公司的出現,有業內人士稱,現在談可控核聚變和2000年初佈局電動汽車技術類似,但不同的是,一旦走通了這條路,以可控核聚變帶來的能源、材料和動力革命,該産業的潛在收益將遠不止于電動汽車……

  車載能源將迎“聚變”

  在科技飛速發展的今天,可控核聚變一直是科技、能源、汽車等行業一直關注的重點之一。開發這一技術的意義,是其一旦從夢想走進現實,什麼“里程焦慮”、“充電焦慮”、“假日排隊充電”甚至能源危機都可能在很大程度上不復存在。

  正如當代電動汽車的發展歷史一樣,任何技術要走向實用,大致都要走過“科學實驗-試用-商業化規模應用”的過程,在可控核聚變研究領域,目前的國際熱核聚變實驗堆(ITER)(總部現位於法國,由中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國七方共同建造)和中國“東方超環”(EAST)的相關研究都是位居前沿、走向商用的重要“橋梁”。

  ITER裝置堪稱核聚變研究領域的“巨無霸”,它重達2.3萬噸,佔地面積相當於10個足球場。僅超導磁體就需要2萬噸金屬支撐,如此龐大的規模,仿佛是一座矗立在大地上的鋼鐵巨獸。根據規劃,2035年它的目標是實現500秒持續放電。這一目標一旦達成,將是核聚變研究領域的重大裡程碑,意味著向著“發電級”實驗成功邁出關鍵一步。

  有關專家認為,即便實現了這一目標,它距離車載應用的“微型化”需求,依舊有著較遠的距離。從尺寸和應用場景來看,兩者之間的差距,就好比要將一座核電站縮小成一個充電寶,這其中涉及到的技術難題和工程挑戰,超乎想像。

  中國的 “東方超環”(EAST)同樣成績斐然,它是世界首個全超導托卡馬克核聚變實驗裝置。2025年1月20日,EAST成功實現了超過億度1066秒穩態長脈衝高約束模等離子體運行,再次創造了托卡馬克裝置高約束模運行新的世界紀錄。這一成果展示了中國在可控核聚變研究領域的深厚實力和卓越成就,讓世界為之矚目。但和ITER類似,EAST目前也主要應用於基礎研究,距離成為汽車的動力源,還有很長的路要走。

  裝置微型化是剛需

  從實驗室走向汽車動力系統,可控核聚變面臨著一系列複雜而艱巨的技術挑戰。這些挑戰涉及到裝置微型化、能量轉換、材料科學、燃料供應以及成本控制等多個關鍵領域。

  目前,主流的托卡馬克裝置依賴於巨型磁場來約束高溫等離子體,這使得其體積和重量都極為龐大。然而,如果進入商用階段,汽車所需要的是能夠塞進底盤的“充電寶”,要能夠適配汽車的狹小空間,且重量不能太重。

  而且,很多人都清楚,汽車在行駛過程中會面臨高頻振動、溫度波動等複雜的工況,所以,車載核聚變還要達到“車規級”標準,在車載環境下實現高效、穩定的能量轉換,提供動力,這也是核聚變汽車走向實用的一道“門檻”。 除了一些專業技術問題亟待解決之外,成本也是一個“卡脖子”的環節。要大幅降低成本,從“200億歐元實驗堆”到“萬元級車載動力”,可控核聚變汽車才能真正從夢想走進現實。只有將成本降低到一定程度,才有可能實現核聚變在汽車上大規模的商業化應用。即使在未來實現了核聚變裝置的量産,其材料成本、維護成本、安全認證成本等,都要協同發展。

  要跨越成本“天塹”,就需要在材料研發、製造工藝、維護技術等多個方面尋求突破,大幅降低核聚變裝置的使用、維護成本。這不僅需要大量的技術研發,也需要整個産業鏈的協同創新和優化,以實現成本的有效控制和性能的提升。

  不懈努力實現破局

  儘管面臨著重重挑戰,但研究者們並沒有放棄,他們從多個方面積極尋找著破局之路,力求實現車載核聚變的突破。

  為了實現核聚變車載化,全球有多個科研團隊正從約束技術、能量轉換、材料科學等多個維度發起攻勢。這些顛覆性的創新方向,為可控核聚變汽車從科幻走向現實提供了理論與技術基石。

  很多人知道,在核聚變反應中,材料需要長時間穩定承受和阻隔極高溫度,還要滿足輕量化的要求,這對材料科學提出了巨大挑戰。近年來,石墨烯基複合材料、納米晶合金等新型材料的出現,為解決這一難題帶來了希望。石墨烯具有優異的力學性能、導電性和熱導率,同時還具備一定的抗輻照能力。納米晶合金則是一種石墨烯複合材料,通過控制材料的微觀結構,使其具有優異的力學性能和抗輻照性能。中國研發的碳化矽纖維,重量僅為鋼的1/5,卻能承受攝氏1.2億℃的持續高溫,阻隔輻照,為車載聚變“充電寶”外殼提供了可能的材料。隨著材料科學的不斷發展,未來有望出現更多性能優異的材料,滿足車載核聚變的需求。

  與現有或即將按時間表逐漸落地的全固態電池、氫燃料電池不同的是,核聚變技術至今還很難準確預料何時走向汽車等商業化場景。在現有技術已經能夠滿足大部分消費者需求的情況下,核聚變汽車要想在市場競爭中佔據一席之地,就必須在性能、成本等方面取得一系列相關的突破,否則很難與全固態電池和氫燃料電池汽車競爭。

  至今,之所以還有許多研究者“押寶”可控核聚變汽車,是因為核聚變能源不僅有清潔、高效、可持續的特點,而且也被視為能源替代及穩定可靠的保障性能源。而汽車作為一種移動終端,且在全球的數量劇增,對能源消耗的需求也十分龐大,與現有的能源動力相比較,可控核聚變的潛在優勢最多。

  有關行業人士認為,客觀上看,可控核聚變用於汽車,理想很豐滿,現實仍要跨越諸多技術鴻溝,主要需要材料、物理、工程等方面的協同突破。但對未來美好的嚮往,是科技研究與發展永恒的動力,也是人們持續加速開發可控核聚變的動力。正如當代的動力鋰電池從實驗室到電動車商用大致經過了30年一樣,對於可控核聚變這一“無限能源”的追求,或許也要經歷這樣一個過程,但是,既然“十五五”規劃建議明確提出了“核聚變能”開發任務,如果加上來自四面八方的人們共同努力,可控核聚變汽車“100克燃料跑2300萬公里”就一定會從“不可能”變為“可能”,打開汽車“新世界”的“大門”,為人們的無憂出行寫下嶄新的篇章。

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