專訪汶納新材料張漩：開(kāi)發(fā)MOFs材料涂覆于電池隔膜以提升穩(wěn)定、安全性，目前已實(shí)現(xiàn)低成本規(guī)模化量產(chǎn)

金屬-有機(jī)框架化合物（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是一種新型多孔晶體材料，憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在氣體存儲(chǔ)與分離、催化、傳感、藥物遞送等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用潛力。

MOFs 材料的研究歷史最早可追溯至上世紀(jì) 90 年代，當(dāng)時(shí)的研究主要集中于理論的建立和應(yīng)用的探索方面。直到近年來(lái)，隨著業(yè)界對(duì) MOFs 結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的加深以及合成技術(shù)的進(jìn)步，MOFs 材料迎來(lái)了快速發(fā)展期。

盡管 MOFs 材料擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的過(guò)程中仍然面臨一些挑戰(zhàn)，比如成本高昂和穩(wěn)定性較差等問(wèn)題。

“MOFs 材料從發(fā)現(xiàn)至今已有 30 年的歷史，但現(xiàn)在業(yè)界仍有很多人覺(jué)得 MOFs 材料成本高昂。事實(shí)上，近幾年隨著一系列創(chuàng)新合成方法的出現(xiàn)，個(gè)別種類 MOFs 材料的生產(chǎn)成本已顯著降低。”浙江汶納新材料科技有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱汶納新材料）創(chuàng)始人張漩博士告訴「問(wèn)芯」。

圖｜汶納新材料創(chuàng)始人張漩（來(lái)源：受訪者）

張漩博士畢業(yè)于比利時(shí)荷語(yǔ)魯汶大學(xué)材料工程系，畢業(yè)后留校從事博士后研究工作。回國(guó)后，他加盟浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心，擔(dān)任研究員一職，致力于多孔材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。

長(zhǎng)期以來(lái)，張漩圍繞 MOFs 材料開(kāi)展了大量探索和研究。“早期階段，我的研究方向主要是探索 MOFs 的特殊合成方法（比如電沉積等），并探索 MOFs 在電化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，特別是電催化和電池等；回國(guó)后我們結(jié)合國(guó)情將研究聚焦在 MOFs 在電池中的應(yīng)用。”他介紹說(shuō)。

談及創(chuàng)立汶納新材料的初衷，張漩表示，“MOFs 材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用即將進(jìn)入爆發(fā)期。2022 年是一個(gè)重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)，在此之前，MOFs 材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展較為緩慢；而在此之后，業(yè)界對(duì) MOFs 的關(guān)注度顯著提升。事實(shí)也證明了我們當(dāng)初的預(yù)判，2023 年 MOFs 材料行業(yè)迎來(lái)了前所未有的快速發(fā)展。”他介紹道。

基于對(duì)行業(yè)趨勢(shì)的把握，張漩于 2022 年創(chuàng)立了汶納新材料，專注于 MOFs 材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，他相信隨著 MOFs 材料成本下降至較多應(yīng)用普遍可接受的范圍，其完全可以步入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的道路。

創(chuàng)辦公司聚焦 MOFs 材料在電池領(lǐng)域的應(yīng)用

“汶納新材料的成立是在德方納米創(chuàng)始人吉學(xué)文先生的資助下完成的，公司的架構(gòu)主要是由我的團(tuán)隊(duì)和吉學(xué)文先生的團(tuán)隊(duì)組成。”張漩介紹道，“我的團(tuán)隊(duì)側(cè)重于基礎(chǔ)研發(fā)、工藝探索與應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建，特別是在 MOFs 材料的制備和應(yīng)用；吉學(xué)文先生的團(tuán)隊(duì)則側(cè)重于工程方向，包括小試中設(shè)備的搭建與選型等。此外，公司目前也正與我的博士畢業(yè)院校比利時(shí)荷語(yǔ)魯汶大學(xué)開(kāi)展一些合作。”

圍繞公司的業(yè)務(wù)布局，張漩透露：“一方面專注于 MOFs 材料的規(guī)模化生產(chǎn)，當(dāng)前年產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到了 20 噸級(jí)的水平；另一方面，我們也在不斷探索和挖掘 MOFs 材料的應(yīng)用場(chǎng)景，目前主要側(cè)重電池領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用。”他表示。

據(jù)介紹，由于 MOFs 材料本身?yè)碛谐蟮谋缺砻娣e和超高的孔隙率，且其孔道結(jié)構(gòu)規(guī)則可調(diào)，長(zhǎng)期以來(lái)業(yè)界希望將其用于“吸附和分離”的應(yīng)用場(chǎng)景，然而 MOFs 材料穩(wěn)定性欠佳，導(dǎo)致其使用壽命較短，因此難以大規(guī)模商用。

圖｜MOFs 材料的應(yīng)用場(chǎng)景（來(lái)源：公司官網(wǎng)）

“我們轉(zhuǎn)變思路，將研究重心落在電池領(lǐng)域。鑒于電池是一個(gè)相對(duì)封閉的體系，其本身屬于無(wú)水無(wú)氧的環(huán)境，并且電池體系中溶劑對(duì) MOFs 孔道的填充有助于其保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這些特征恰好彌補(bǔ)了 MOFs 材料的短板。”張漩指出。“我們創(chuàng)新性地把 MOFs 材料作為一種新型的涂覆材料，將其涂覆在電池隔膜上，替代氧化鋁、氧化硅等傳統(tǒng)無(wú)機(jī)涂覆材料，此舉有望在有效提升電池性能的同時(shí)降低其制造成本。”他說(shuō)道。

“除了開(kāi)發(fā)電池涂覆材料，我們也在探索 MOFs 材料做為一類新的固態(tài)電解質(zhì)的可能性。目前 MOFs 基材料展現(xiàn)出了出色離子電導(dǎo)性能，并在可加工性和界面穩(wěn)定性等多個(gè)方面更具優(yōu)勢(shì)，另外相較于氧化物、硫化物等其他固態(tài)電解質(zhì)材料， MOFs 材料在成本方面也更具優(yōu)勢(shì)。”張漩表示。“對(duì)于涂覆產(chǎn)品，我們現(xiàn)階段正在與多家企業(yè)進(jìn)行聯(lián)合進(jìn)行驗(yàn)證；對(duì)于固態(tài)電解質(zhì)產(chǎn)品，由于技術(shù)不夠成熟，相較于涂覆產(chǎn)品開(kāi)發(fā)要慢一些，我們正在致力于 MOFs 基固態(tài)電解質(zhì)膜的規(guī)模制備工藝，預(yù)計(jì)明年上半年能夠徹底攻克該技術(shù)的難點(diǎn)問(wèn)題。”他補(bǔ)充道。

“電池對(duì)于價(jià)格成本方面較為敏感，目前我們已經(jīng)突破 MOFs 材料規(guī)模化生產(chǎn)所面臨的成本瓶頸，這預(yù)示著 MOFs 材料在電池這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)大有作為。”張漩表示。

圖｜汶納新材料開(kāi)發(fā)的 MOFs 產(chǎn)品（來(lái)源：公司官網(wǎng)）

現(xiàn)階段，“我們通過(guò)新材料的替代希望能夠提升電池安全性能（溫度升高導(dǎo)致的電池隔膜收縮是電池存在的重要安全隱患），還希望通過(guò) MOFs 材料賦予電池隔膜更多維度的性能，比如增加保液量和均勻離子流（MOFs 材料相對(duì)于氧化鋁來(lái)說(shuō)具有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)，更有利于離子的均勻傳輸）等。”他說(shuō)道。

曾有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，多孔材料在 21 世紀(jì)的重要性或?qū)⒈燃缢芰显?20 世紀(jì)的地位。“MOFs 材料堪稱是整個(gè)科學(xué)領(lǐng)域發(fā)文量第一名的材料。除了電池領(lǐng)域，MOFs 材料在民生、國(guó)防、工業(yè)和醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域均展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。”張漩指出。例如，借助 MOFs 材料本身的結(jié)構(gòu)特性，可以將其作為藥物載體，實(shí)現(xiàn)藥物在體內(nèi)緩釋的效果，也可以靶向遞送藥物；借助 MOFs 材料孔道結(jié)構(gòu)規(guī)則且可調(diào)控的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)氣體的有效分離。

盡管 MOFs 材料優(yōu)勢(shì)眾多，但也存在一些挑戰(zhàn)。在張漩看來(lái)，大體可歸納為三個(gè)方面：其一，大規(guī)模制備；其二，器件化工藝相對(duì)缺乏；其三，目前還沒(méi)有真正大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的方向。“針對(duì)前兩個(gè)方面，現(xiàn)階段已經(jīng)基本得到解決。隨著新型合成技術(shù)的開(kāi)發(fā)，我們目前規(guī)模化生產(chǎn) MOFs 材料成本已經(jīng)達(dá)到較低的水平。”他說(shuō)道，“但是第三方面的挑戰(zhàn)依然存在，業(yè)界目前針對(duì) MOFs 材料還沒(méi)找到一個(gè)非常契合的應(yīng)用方向，缺乏一個(gè)可規(guī)模化的商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景使其能夠大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。”他補(bǔ)充說(shuō)。

“以我們所聚焦的電池應(yīng)用場(chǎng)景為例，現(xiàn)階段仍然需要進(jìn)行驗(yàn)證。在攻克了 MOFs 材料的低成本、大規(guī)模制備的難點(diǎn)之后，下一個(gè)階段就是在應(yīng)用層面的驗(yàn)證，而這也是公司當(dāng)前面臨最核心的任務(wù)之一，驗(yàn)證的過(guò)程往往需要耗費(fèi)大量時(shí)間。”張漩說(shuō)道。

據(jù)介紹，圍繞 MOFs 材料的制備，汶納新材料采用了一條較為特殊的合成路徑。“就目前而言，不論是專利、報(bào)道，或是發(fā)表的論文，我們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)合成路徑跟我們相同的。基于我們自主開(kāi)發(fā)方法，實(shí)現(xiàn)了較低的成本。”張漩指出。“去年，我們已在實(shí)驗(yàn)室順利完成小試，當(dāng)時(shí)產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到公斤級(jí)水平，目前正處于小試向中試過(guò)渡的階段。”他表示。

依托國(guó)內(nèi)電池產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)與國(guó)際材料巨頭競(jìng)爭(zhēng)

對(duì)于 MOFs 材料的市場(chǎng)規(guī)模，張漩坦言，當(dāng)前市場(chǎng)規(guī)模還比較小，大多數(shù)企業(yè)基本上都處于驗(yàn)證的階段，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。“正如剛才所提到的，市場(chǎng)規(guī)模比較小的主要原因是在于 MOFs 材料還沒(méi)有找到一個(gè)與之契合的商業(yè)化應(yīng)用場(chǎng)景。”

“但我覺(jué)得這個(gè)問(wèn)題很快就能得到解決，因?yàn)?strong>商業(yè)化應(yīng)用契合與否和成本緊密相關(guān)。具體而言，成本越低，商業(yè)化應(yīng)用的范圍就越廣，隨著 MOFs 材料成本的下降，其能夠應(yīng)用的范圍和場(chǎng)景越發(fā)廣泛，最終找到與之契合的商業(yè)化場(chǎng)景的概率就會(huì)大幅提升。”他解釋說(shuō)。

他預(yù)測(cè)，市場(chǎng)的反饋大約在一兩年內(nèi)就會(huì)逐漸呈現(xiàn)。“隨著 MOFs 材料成本下降這一優(yōu)勢(shì)被業(yè)界更多人所知曉，圍繞該材料的大規(guī)模驗(yàn)證工作很快就會(huì)啟動(dòng)。所以未來(lái) MOFs 材料的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)在商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景確定后呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。”他表示。僅在電池產(chǎn)業(yè)，MOFs 材料替代傳統(tǒng)的涂覆材料的應(yīng)用就具備很大的市場(chǎng)規(guī)模。

圖｜汶納新材料公司研發(fā)實(shí)驗(yàn)室（來(lái)源：受訪者）

“在材料端，我們會(huì)通過(guò)技術(shù)研發(fā)（包括合成路徑、材料后修飾等）保持優(yōu)勢(shì)，尤其是成本方面的優(yōu)勢(shì)；在應(yīng)用端，我們會(huì)跟相關(guān)企業(yè)一塊合作，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不斷優(yōu)化改進(jìn)產(chǎn)品。在優(yōu)化到某個(gè)程度以后，產(chǎn)品與應(yīng)用場(chǎng)景能夠很好地契合，進(jìn)而得到最終產(chǎn)品。這個(gè)過(guò)程對(duì)于后來(lái)者而言是一個(gè)較高的壁壘。”張漩指出。

“以巴斯夫?yàn)槔诓牧虾铣煞矫媾c之正面競(jìng)爭(zhēng)非常困難，但突破口恰恰在于應(yīng)用場(chǎng)景。”他進(jìn)一步闡述道，“應(yīng)用場(chǎng)景的建立是比較困難的。在幾年前，業(yè)界對(duì)于 MOFs 材料在電池中直接應(yīng)用還鮮有關(guān)注，這意味著大家在該領(lǐng)域基本處于同一起跑線上。更為關(guān)鍵的是，國(guó)內(nèi)電池產(chǎn)業(yè)占據(jù)顯著優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)業(yè)鏈的主要環(huán)節(jié)基本上都在國(guó)內(nèi)，上下游資源比較充沛。相較之下，國(guó)外大多數(shù)團(tuán)隊(duì)相關(guān)研究成本較高，且工業(yè)驗(yàn)證更是非常困難。”他指出。

“我們之所以定位在電池領(lǐng)域，是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)的電池產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)屬于優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。在這個(gè)前提下，我們與國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)更有可能占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位；另外，我們圍繞 MOFs 材料在電池領(lǐng)域這個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景走通了以后，國(guó)際企業(yè)也難以追趕。”張漩表示。

產(chǎn)品的研發(fā)也并非一帆風(fēng)順，張漩坦言，“經(jīng)歷過(guò)多次碰壁之后，我們深刻認(rèn)識(shí)到要多尋求合作，尤其是多尋求產(chǎn)業(yè)界人士的幫助，是突破瓶頸的關(guān)鍵。”圍繞技術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，截止目前，汶納新材料已獲得 8 項(xiàng)技術(shù)專利，并且還有超過(guò) 20 項(xiàng)專利正在申請(qǐng)之中。

談及未來(lái)的融資計(jì)劃時(shí)，張漩透露道，“我們希望能夠在明年啟動(dòng)第二輪融資。此前，公司已經(jīng)順利完成了第一輪（即種子輪）融資。我們期望能夠吸引更多產(chǎn)業(yè)資本注入，尤其是希望上下游產(chǎn)業(yè)的資本能夠加入進(jìn)來(lái)，共同開(kāi)展產(chǎn)品驗(yàn)證工作，將大幅加快驗(yàn)證進(jìn)程。”

訪談接近尾聲，張漩也談到了創(chuàng)業(yè)過(guò)程的一些感悟。從一名科研工作者轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)管理者，身份的變化導(dǎo)致所關(guān)注的方向也有所不同。在他看來(lái)，“我覺(jué)得做自然科學(xué)的研究與經(jīng)營(yíng)制造業(yè)企業(yè)之間存在著一定的關(guān)聯(lián)，在本質(zhì)上所需要的精神、品質(zhì)其實(shí)是相通的。”比如，自然科學(xué)研究者做科研的時(shí)候追求嚴(yán)謹(jǐn)與精益求精的態(tài)度，這在產(chǎn)業(yè)界中體現(xiàn)為對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量等技術(shù)指標(biāo)的嚴(yán)苛把控。

“作為自然科學(xué)研究者出身的我已將這份意識(shí)根植于心，此外我還意識(shí)到除了深耕技術(shù)研發(fā)外，還需要關(guān)注團(tuán)隊(duì)溝通、企業(yè)管理、市場(chǎng)推廣等多個(gè)方面，這些正是我不斷探索與學(xué)習(xí)的方向。”張漩總結(jié)道。

參考資料：

1.http://www.wennatech.cn/

2.http://www.wennatech.cn/h-col-101.html

3.http://www.wennatech.cn/h-col-103.html

4.http://www.wennatech.cn/h-col-106.html