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葉思宇:為燃料電池注入“中國芯”

2021-05-07 10:52 性質(zhì):轉(zhuǎn)載 作者:廣州日報(bào) 來源:廣州日報(bào)
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當(dāng)事業(yè)處在巔峰之時(shí),放下海外的功名和安逸,回到國內(nèi)重新開始……一般人難以理解加拿大國家工程院院士葉思宇的人生選擇,但他的回應(yīng)總是非常簡單:“我只是想做...

當(dāng)事業(yè)處在巔峰之時(shí),放下海外的功名和安逸,回到國內(nèi)重新開始……一般人難以理解加拿大國家工程院院士葉思宇的人生選擇,但他的回應(yīng)總是非常簡單:“我只是想做點(diǎn)事?!痹跍睾偷恼Z言背后,他用行動展現(xiàn)著應(yīng)對技術(shù)挑戰(zhàn)的強(qiáng)大自信,還有助力國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的滿腔熱情。

中國已提出實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的國際承諾,調(diào)整目前以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)勢在必行。氫能來源多樣,能實(shí)現(xiàn)終端零排放、環(huán)境友好,且質(zhì)量能源密度更遠(yuǎn)超化石能源。所以氫能技術(shù)因此是減碳的關(guān)鍵,更成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的競爭前沿。

氫能的擴(kuò)大應(yīng)用離不開燃料電池技術(shù)的提升。但中國的燃料電池處于發(fā)展初期,各個環(huán)節(jié)工藝不成熟,與國外先進(jìn)水平有著一定的差距。作為國際公認(rèn)燃料電池電催化和膜電極的領(lǐng)軍人物,葉思宇院士在電化學(xué)尤其是燃料電池方面具有30余年研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)。他的歸國有助于改變現(xiàn)狀,還增加了“并跑和趕超”的可能性。在他帶領(lǐng)下,被稱為燃料電池“芯片”的膜電極已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“高質(zhì)低本”的自主化生產(chǎn),產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入世界先進(jìn)水平之列。

葉思宇院士

“我們常說超越世界先進(jìn)水平,但可能是超越世界今天的先進(jìn)水平。但別人也在進(jìn)步,我們還要不停地奔跑?!比~思宇審慎地說道。新的事業(yè)剛剛起步,他隨時(shí)準(zhǔn)備迎接更多挑戰(zhàn)。

立志:研發(fā)成果要為世人所用

1988年,學(xué)習(xí)電化學(xué)的博士生葉思宇從廈門大學(xué)畢業(yè)。此后他赴德國杜伊斯堡大學(xué)求學(xué),在德國完成第一個博士后研究。

“以前我的終極目標(biāo)可能是當(dāng)名科學(xué)家或者教授,但德國的導(dǎo)師給了我另一種影響。”葉思宇回憶,在德國留學(xué)期間,他和同事曾被邀請去福特公司參觀。參觀過程中,福特的工程師突然發(fā)問:“知不知道我們用的汽車噴涂油漆配方專利是哪里來的?”葉思宇當(dāng)時(shí)一頭霧水。

對方立即指出,專利人正是站在身旁的弗里茨·貝克(Fritz Beck)導(dǎo)師。不僅如此,導(dǎo)師關(guān)于化工和材料的研究,都在工業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用,這當(dāng)時(shí)讓一眾人好生佩服。

“你發(fā)幾篇論文,除非獲得諾貝爾獎,否則沒有幾個人會記住你,但是一輛車20年還在用你的配方,這種影響非常深遠(yuǎn)?!比~思宇說,貝克導(dǎo)師不斷向他灌輸產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)向研究的重要性,自己第一個專利也是在其指導(dǎo)下完成?!爱?dāng)時(shí)我個人都沒想到申請專利。后來我就先申請專利,申請下來后再發(fā)表文章?!?/p>

1991年,葉思宇再赴加拿大魁北克大學(xué)繼續(xù)博士后深造。博士后出站后,他在魁北克水電公司研究院擔(dān)任高級研究員。

在1999年一次公司間的交流中,他激起了巴拉德公司副總裁(也是后來葉思宇提名為院士的第一推薦人)的愛才之心。巴拉德1989年就開始從事質(zhì)子交換膜燃料電池開發(fā)和研制業(yè)務(wù) ,目前已是世界上最重要的燃料電池生產(chǎn)商 ,擁有世界一流的先進(jìn)技術(shù)。

在力邀之下,葉思宇2000年加入了巴拉德,當(dāng)時(shí)他已經(jīng)40歲??笨怂姽狙芯吭菏且患艺械墓矙C(jī)構(gòu),工作穩(wěn)定。即便葉思宇離開后,研究院還給了他停薪留職。但葉思宇堅(jiān)持了自己的選擇?!拔也辉敢饧兇獍l(fā)完論文就了事,更希望自己的研發(fā)有一天變成真正的產(chǎn)品,為世人所使用?!彼f。

攻堅(jiān):技術(shù)突破奠定燃料汽車產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)

上世紀(jì)60及70年代,氫燃料電池應(yīng)用在載人登月的“阿波羅”飛船上??茖W(xué)家們在努力將氫燃料電池的使用從航天領(lǐng)域擴(kuò)展到更大范圍。巴拉德則希望進(jìn)一步改善氫燃料電池性能,以符合汽車領(lǐng)域的應(yīng)用要求。葉思宇承擔(dān)起燃料電池研發(fā)的任務(wù)。

對于氫能源的使用,燃料電池非常重要

葉思宇與團(tuán)隊(duì)研發(fā)出抗反極催化劑,解決了氫燃料電池車的冷啟動問題。2002年他因此被破格提拔為巴拉德公司首席科學(xué)家。此后他還開發(fā)了抗碳腐蝕的陰極催化劑層,以延長燃料電池的壽命。這些關(guān)于燃料電池電堆冷啟動和耐久性技術(shù)的發(fā)明,從根本上推動了整個燃料電池產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化進(jìn)程。

與單純作為能源儲存裝置的鋰電池不同,氫燃料電池是能源轉(zhuǎn)換裝置,注入的氫氣通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流。

膜電極被稱為燃料電池的芯片,是因它決定著燃料電池的性能、壽命及成本。簡單而言,膜電極主要由質(zhì)子交換膜,催化層以及氣體擴(kuò)散層組成。在質(zhì)子交換膜一側(cè)的陽極上,氫氣被鉑催化劑分解為電子和質(zhì)子;質(zhì)子可以穿過質(zhì)子交換膜,與空氣中的氧和陽極放出并經(jīng)外電路傳導(dǎo)的電子在陰極生成水排出,產(chǎn)生電流。,

而葉思宇帶隊(duì)開發(fā)出世界最高水平的燃料電池催化劑,直接領(lǐng)導(dǎo)了燃料電池核心組件膜電極的生產(chǎn)工藝過程開發(fā),使巴拉德公司成為世界上極少數(shù)幾個能大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)膜電極的先進(jìn)企業(yè)。

“當(dāng)時(shí)我加入巴拉德的愿望實(shí)現(xiàn)了,我們研發(fā)的產(chǎn)品組裝進(jìn)入了小轎車、大巴、叉車和發(fā)電設(shè)備,很多車我還開過,這種感覺真是非常好。”葉思宇說道。

葉思宇2018年當(dāng)選為加拿大工程院院士

因?yàn)樵跉淙剂想姵禺a(chǎn)業(yè)化方面的卓越貢獻(xiàn),葉思宇2018年當(dāng)選為加拿大工程院院士。

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