当前，全球正处在向清洁低碳能源加速转型的关键期，在这场浪潮中，锂离子电池占据着主导地位。我国虽已是全球锂离子电池生产与应用的第一大国，但正面临一个严峻的挑战，即主流锂离子电池已接近能量密度极限，而新一代电池又难以商用量产。这意味着，无论是我们日常使用的手机，还是新兴产业中的无人机、电动车等关键应用，续航能力都将很难再有新的突破。
▲新能源是中国高科技产业的核心竞争力
“要突破，就要打破旧研发模式的局限”。北京大学新材料学院/科学智能学院副教授、深圳屹艮科技有限公司创始人郑家新带来了破局的新思路。郑家新团队创新性地开发了BDA（电池设计自动化）软件，将复杂的电池研发过程虚拟化。这项技术使原本周期长达数月，乃至数年的实验流程，被压缩到在电脑上几天就能完成仿真预测。从实验到仿真的变革，正让更耐用更安全的新电池加速走入我们的生活。
▲BDA软件应用场景
为什么过去开发新电池这么难？
传统的研发范式面临怎样的困境？
我们又是如何实现破局的？
让我们一起看看郑家新老师的答案。
困境：实验试错与“三座大山”
“以前的研发模式，主要靠试错，很大程度依赖‘老师傅’的经验。”郑家新打了一个比方，“就像抓中药或者酿酒，老师傅的经验很关键。”
在锂电池行业，这种“手搓式”的研发模式，依赖大量的实验试错，不仅耗材多、周期长 ，而且“老师傅”的经验难以传承。更重要的是，旧方法已经接近电池的天花板，难以突破能量密度和安全极限。这种局限，正成为诸多新兴产业的“拦路虎”。比如在低空经济领域，无人机电池续航可能不到一个小时就得返航，一块更强、更耐用的电池将成为打开市场的钥匙。
▲郑家新
锂电池研发固有的“三座大山”：首先是“跨尺度” ，郑家新解释道，研发既要管到原子、分子的微观世界 ，又要管到宏观的电芯和模组，在时间和空间上跨度太大。其次是从源头采矿开始的“长流程”，研发涵盖了从材料设计到规模化生产的完整链条，经历了长达数月乃至数年的制造和工艺流程。最后是“多因素” ，电池量产的每一个环节都受到多种因素相互耦合的影响，失效机理复杂难解。在这漫长的流程中，各个因素往往牵一发而动全身，某一个环节的某一个因素没控制好，最后的电池性能就会打折扣。
▲“跨尺度、长流程、多因素”的电池研发挑战
Copyright 2022, Wiley Ltd.
破局：先验仿真与AI驱动
如何翻越这三座大山？郑家新团队借鉴半导体行业电子设计自动化（EDA）软件的成功经验，并结合AI for Science算法在电池领域的突破性实践，创新性地提出了BDA这一新范式。
▲BDA：计算大幅加速电池研发
BDA的核心，是推动研发从“老师傅的手”转向“计算机的脑”。这一“多快好省”的模式让研发人员不用再跑实验室，坐在写字楼里用鼠标和电脑就能设计电池。BDA技术通过虚拟化研发流程，将原本需要数月乃至数年的实验周期压缩至数天，显著提高了研发效率。郑家新生动地比喻道：“如果爱迪生拥有计算机仿真技术，得省下多少灯丝。”
▲BDA：数据驱动AI4S+物理驱动S4AI
当然，软件设计得再好，最终还是要交给工厂去生产。这种在写字楼里设计电池的新模式，对现有的生产设备和工艺提出了更高要求。正如芯片研发软件的成功本身也是跟高端、标准化的制造设备相辅相成的，BDA这个行业的未来也一样，设计软件和生产设备都属于新能源生态上的一环，它们之间一定是相互成就，相辅相成的。
但电池与芯片有一个根本不同，芯片的工作原理是纯物理过程，是一个原理清晰、可解释的“白箱” 。电池则更加复杂，它不仅涉及电子传输的物理过程，还时刻在发生离子传输和复杂的化学反应。这种物理与化学的深度耦合，带来了许多无法完全解释的“黑箱”问题，而AI恰恰最擅长处理的就是这类基于数据和经验的“黑箱”难题。
为了让这个概念更形象，郑家新将电池的开发过程比做“中西医结合”。同样是生病，“西医”会通过验血、拍片等检测手段，去寻找到一个具体的生病原因。但面对复杂的多因素疑难杂症时，“中医”则不只看病毒，而是会结合经验判断你是不是“这段时间压力大、饮食结构有问题……”它会把各种因素都考虑进来。
物理仿真就像“西医”，它非常科学，依靠清晰的物理模型去寻根溯源，但面对复杂的多因素疑难杂症时，它有自己的边界。而AI则像“中医”，依靠大量的经验来进行预测，处理那些“黑箱”问题，发现数据间的关联。因此，BDA所做的，就是把中西医相结合。它用西医（物理仿真）来解决科学上能清晰建模的部分，同时用中医（AI）来攻克那些复杂的“黑箱”难题。
▲AI赋能跨尺度、多物理场耦合精准仿真
通过深度学习算法，BDA能够分析海量实验数据，发现传统方法难以捕捉的材料性能与电池寿命之间的复杂关系，从而实现更精准的预测和优化。
BDA这一新范式，标志着在全球锂电行业，我国率先构建起以AI结合物理仿真为核心的研发新高地。对于行业而言，它将大幅缩短研发周期、降低试错成本。而对于社会公众，这种新质生产力工具，最终会转化为实实在在的民生福祉。这意味着老百姓能更快地用上更好的电池，在未来，我们的手机待机时间更长；电动车更安全、续航更远，充电速度变得和加油一样快。
攀峰：扎根BDA，迈向XDA
推动这场变革的郑家新，身上带着浓厚的“北大基因”，而“交叉”正是这基因中最鲜明的底色。
这种“交叉”的烙印贯穿了他的整个求学之路。2004年，郑家新考入北京大学物理学院，期间还修读了数学与应用数学双学位。2008年又进入北京大学前沿交叉学科研究院攻读博士学位。“我的求学经历就有很强的交叉基因。” 郑家新笑言。这种“交叉”不仅体现在理科内部，更体现在文理之间。在校时，他对文科特别感兴趣，常去听中文系、哲学系乃至宗教的课程。这种交叉的思考方式，让他在深度参与产学研合作时，敏锐地洞察到了新能源行业的“痛点”——降本增效，将是新兴领域规模扩张后最重要的命题。他决定创办公司，将科研成果产业化。
郑家新的公司取名为屹艮，这源于英文名EasyComputation的谐音，又暗合了中国传统文化，“艮”在易经八卦里是“山”的意思。这个名字背后，是一种沉甸甸的责任感：面对核心工业软件被“卡脖子”的难题，屹艮希望秉承北大的理想主义情怀，做中国基础软件领域的一座“珠穆朗玛峰”，傲立于世界，为国家的科技贡献一份力量。
▲屹艮科技有限公司的理念
但如何攀登这座珠峰？屹艮的回答是“聚焦”。郑家新坚信必须先做强再做大，BDA是阶段性成果，只有先把根扎得很深，在一个方向掌握了核心的“两把刷子”，才能真正生根发芽，开枝散叶；绝不能盲目追风口，保持定力，需要坚持并专注。先做大再做强，没有核心护城河的企业只是“虚胖”。
在这份情怀的指引下，BDA就是屹艮深深扎下的那条“根” ，是他们的根据地。
未来，屹艮计划将BDA技术推广至显示、半导体、橡胶、塑料等多个新材料行业，形成从BDA到“XDA（Cross-Industry Design Automation）”的广泛布局。随着BDA技术的广泛应用，未来消费者将能够享受到更便宜、更耐用的电池产品，手机待机时间将大幅延长，电动车的续航里程也将突破现有极限，为我们的生活带来更多便利和惊喜。
▲从BDA到XDA
