开启绿色存储转化新时代

来源 :科学中国人·下旬刊 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cr15mo3
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  2019年10月9日,瑞典皇家科学院宣布将2019年诺贝尔化学奖授予97岁的“锂电池之父”——美国科学家John B. Goodenough等3位科学家。这一场科学盛典,让世人的目光再次聚焦电池领域。
  电池有多重要?小到手机、遥控器等小型电子产品,大到电脑、电动汽车甚至无人机……它们的正常运行都得益于电池的发展,但随着工业科技的跨越式发展,电池技术已经成为制约手机、笔记本电脑等电子设备甚至新能源汽车发展的主要因素。电池技术一旦得到突破,不亚于一次工业革命。
  为突破电池技术的“天花板”,无数科学家奔赴在电池研究的各条战线上,江苏大学教授、博士生导师,燃料电池研究所副所长徐谦和他所在的团队置身其中。“我的工作主要是燃料、流液电池电化学能量的存储与转换研究,通过设计、规范、优化电池里各种解液的流动,以及质量、能量、热量、电荷的传输,达到用经济、高效的方式来实现能量存储与利用的目的。”“绿色”“经济”“高效”……徐谦及其团队多年追索的目标,其实代表了新一代能源电池的发展方向。
  机会留给有所准备的人
  从数值模拟的角度提出一批新颖的流动形式;用实验的方法,获取一系列比理论推导更具准确性的基本参数;较早用一种非水系的绿色类离子液体代替水系电解液,不仅扩大了电池容量,提高了速度,还避免了沉淀……“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。”近几年,徐谦在数字模拟和实验两方面的创新探索,折射了他对科学的研究态度和兴趣。殊不知,他与燃料、流液电池的“缘分”,并不是一早就开始,而是中途偶得。
  本科时,徐谦就读于江苏理工大学(后并为江苏大学)动力工程系热能工程专业,虽也属于能量范畴,但主要是跟锅炉、汽轮机打交道。本科毕业之后,他以专业第二名的成绩保送本校继续攻读硕士研究生,恰逢导师刚从美国东北大学带回一些关于晶体薄膜生长的新颖课题,所以他从事的是与能量并不太相关的跨界研究。凭借出色的表现,硕士毕业后他被江苏大学招揽入校并担任了1年多的教学辅导员。
  在常人看来徐谦发展得顺风顺水应该顺势而行,他却感觉有点偏离本心:“日常辅导工作繁忙但却偏离科研,我还是希望能找到能给自己带来成就感的目标和方向。”为此,他时常留心一些能源方面的学术会议并积极参加。很快,改变人生轨道的机会就来了:一次去南京参会,他结识了燃料电池研究领域的名家——香港科技大学赵天寿教授。“在与他交流讨论时,他看我对能源领域很感兴趣,提出如果我英语能力过关可以考虑到香港跟他读博深造。幸运的是,此前工作之余我正好考过了雅思,从此转向燃料电池研究。”寥寥数语看似“机缘巧合”,其实机会从来只会留给有准备的人,徐谦的“幸运”就是最佳例证。
  进入燃料电池这一领域之后,徐谦如入汪洋大海,无数未知的奥秘等待他去探索、揭秘。而此前在多领域积累的多学科知识为他在这一涉及工程热力学、电化学、材料等交叉学科的世界里自由探索埋下了坚实伏笔。
  博士毕业在同一课题组担任博士后副研究员1年之后,接到江苏大学邀请的徐谦毫不犹豫地重回母校怀抱并进入新成立的能源研究院,成为江苏大学“青年骨干教师培养工程”青年学术带头人。对他而言,燃料电池发电很重要,但重要的还有储能,这对于缓解全球能源日趋紧张的局势至关重要,而母校恰好为他提供了合适的平台,新的探索大门亟待他去开启。2017年,徐谦又抓住“江苏省青年骨干教师海外进修项目”的机会,赴加拿大滑铁卢大学,在加拿大两院院士Xianguo Li教授课题组深造,接触到燃料电池领域的低催化剂载量应用、膜电极结构精确控制等先进技术,还结识了一批北美的研究人员。
  站在液流电池研究前沿
  当前,可再生能源的研究和应用推广已经上升到国家战略高度。但目前大部分可使用的可再生能源(如风能、太阳能)在能源本质上仍然是间歇性的,只有发展出有效、安全、低价和可靠的储能系统才能使可再生能源实用化。
  常规电池一个主要的缺点是电极既是电池的组成结构又是活性物质贮存之处,所以电池的功率密度与存储容量是矛盾的。液流电池很好地规避了这一矛盾,所以最适合于大规模的储能应用。
  迄今为止绝大多数的液流电池使用的电解液都是水系的。近几年来,通过主持国家自然科学青年基金等项目,徐谦带领团队完成了对液流电池关键传输参数的实验测定及全电池数值模拟研究,通过设计并组装一些独特的实验装置和模型获得了一系列准确可信的关键传输参数(如各价钒离子在多孔电极中包含弥散效应的有效扩散率、不同电场场强下电池的极限电流之间的差异等),相关研究为了解液流电池的传输机理提供了理论依据,为大规模的工业应用奠定了基础等。成果共发表了9篇论文,获得两项发明专利和1项实用新型专利,并在国家自然基金项目评比中获得了“优”。
  虽然水系液流电池取材广泛、价格低廉,但也有先天的缺点:用水系电解液,电池的电压被限制在水的电解电压(理论值为1.23V),严重限制了液流电池的能量密度。当一种绿色的類离子液体——低共熔溶剂(DES)被提出后,徐谦就在国际上较早地把它应用于液流电池。他先后通过主持江苏省人力资源和社会保障厅“六大人才高峰”项目“液流电池低共熔溶剂电解液中的传输特性分析及传质和电化学反应过程的协同强化研究”与国家自然科学基金面上项目“低共熔溶剂中的质量-电荷传输特性分析及以其为电解液的液流电池性能改善研究”等多个DES前沿项目并取得了一系列原创成果。这些成果不但在揭示非水体系中耦合的传质与电化学过程机理上具有重要的学术意义,而且在可再生能源的高效利用方面也能发挥积极的作用。
  近几年,徐谦还主持了1项泰州新能源研究院产业化专项课题,旨在进行一种快速组装可精确控温控压燃料电池测试装置开发,其创新点在于将光电池与液流电池集成在一起形成一个紧凑的器件,可以直接用太阳光给器件充电并以液流电池的形式对外供电。还与苏州一家企业合作,拟将AI技术引用于储能装置与系统。关键材料、核心部件研发及电池系统集成创新代表了一个未来新的发展趋势,也是徐谦给自己设定的努力方向之一。从原先的一路跟跑到现在开始有一些原始创新,笃定未来发展方向,徐谦和他的团队做好了砥砺前行的准备。
  传承底蕴致力创新
  “葑溪之西,胥江之东……山宝海涵,春华秋实,声教暨寰中……”作为一名土生土长的江南人,家乡厚重的文化积蕴和对教化的重视可以说深入徐谦的骨子里。出身书香世家的他,祖父8位子女中有6位进入大学就读,有5位从事过教师职业,其中有4位是大学老师,跟徐谦同辈的兄弟姐妹中也有很多都是教师。虽说不是早有从教的志向,但多年家庭的潜移默化让他在高校里润花著果的工作也颇有传承底蕴、致力创新的韵味。
  点亮灯塔,照亮前行。时至今日,徐谦还感念那些曾经为他照亮前行的恩师:有思路开阔,经常鼓励他不要妄自菲薄的硕士导师——左然教授;有为人宽厚、为学严谨的博士导师——中国科学院院士赵天寿教授……曾经沐浴师恩茁壮成长的徐谦如今也想给学生带去同样的影响和感受。
  “师者,传道授业解惑也。”在培养学生的过程中,徐谦总是亲力亲为,带实验、改论文,并结合自身经历,努力创造条件让学生参会作报告,并创造机会送他们去海外深造。难忘灯下苦读、通宵熬夜做实验时的艰辛;难忘论文投稿获得通过时的喜悦,这些科研过程的悲与乐他都会跟学生一一分享并带去启发。他所在的江苏大学能源研究院燃料电池研究所现拥有20多人的团队。作为研究所的副所长,徐谦承担了重要的组织管理和教研工作。在徐谦的影响下,“朝气蓬勃”“充满国际范儿”已经成为这支团队的一大特色。所里的几个博士后,分别来自英国、伊朗、印度、巴基斯坦等国家。每周,徐谦都会把大家聚集在一起,用自由讨论、发言的形式进行沟通交流,让大家在交流碰撞的过程中收获快乐成长。桃李不言,下自成蹊。如今,徐谦团队培养的不少学生已经成为上海大众电动汽车公司、宁德时代等大企业的骨干。
  致力光电池与液流电池集成的同时,徐谦还有一个未来目标——从植物里提取出特殊的活性物质作为电池的电解液,这种不含金属的有机体系液流电池不仅可实现充、放电,而且环境友好,价格低廉。未来已来,定下目标,徐谦只顾风雨兼程。
其他文献
摘 要: 文章首先对慕课教学引入的优势和困境进行分析,认为采取慕课教学模式:能够平衡传统课堂教学和实践教学所占学时的比例,提高思想政治理论课的教学质量,激发学生的学习热情,提升教师的教学水平,但是慕课教学模式可能会导致学生学习专注力下降,师生互动减少,学习效果无法准确检验。最后提出高校思想政治理论课可以尝试慕课与课堂实践教学相结合的混合式教学模式,利用网络课堂与实体课堂的优势互补,提高高校思想政
教育是一项系统工程。我校在加强学校教育教学的同时,致力办好家长学校,促进优化家庭教育。以家长学校为载体,全面开展家庭社区德育实践活动,构建三位一体的育人网络,把党和国家的育人目标、教师教书育人的积极性和家庭的期望有机整合,经过10多年的实践,家长学校取得了良好的效果。    一、强化组织求同管    目前,双凤中心小学共有在校学生700余人。1995年,我校和双凤镇政府开始建立家长学校,成立“家庭
媒介融合(Media Convergence)这一概念最早由美国马萨诸塞州理工大学的I.浦尔教授提出[1],其本意是指各种媒介呈现出多功能一体化的趋势。    1 作用力——科技的积极意义    科技的进步改变了媒介受众的信息消费习惯,改变了新闻传播的模式和媒介经营的环境,使得新旧媒介之间已无楚河汉界之隔,媒介融合成为当代媒介发展的主流,并迅速发展。清华大学新闻与传播学院教授熊澄宇用“并存、互补、
1 前言    PowerPoint是最通用、最易掌握的多媒体集成软件,专家领导常用它制作演讲稿,教师常用它制作课件,商人常用它制作演示广告。它是以页为单位制作一张张幻灯片,再集成为一个完整演示文稿或课件,能方便地制作文字、图形,加入图像、声音、动画、视频影像等多媒体素材,可设计各种演示效果,能实现鼠标操作和自动播放演示文稿,易学易用,开发时间少,效率高,适宜开发演示型文稿或课件。但对于Power
摘 要: 本文以建构主义、阅读教学、自主学习理论为基础,结合翻转课堂模式在初中英语教学中的应用现状,以阅读课型为例,提出实施策略,助力翻转课堂在我国本土的长远发展。  关键词: 初中英语 核心素养 翻转课堂  1.引言  在当前信息技术快速发展的时代,传统的教学模式受到了一定的考验,特别是在新冠肺炎疫情防控期间,无论是学生还是教师都深刻感悟到了利用网络信息技术进行教学的高效和便捷。翻转课堂就
2018年5月,四川省人民政府对在科技领域做出突出贡献的优秀成果、优秀代表予以表彰,总共有31项成果获评2017年度四川省科学技术进步奖一等奖,四川成都大成均图科技有限公司的前期项目“基于云架构和大数据的XX地理信息平台构建及应用”榜上有名。  四川成都大成均图科技有限公司(以下简称“大成均图”)是一家专注于公安、消防、应急等公共安全产业的科技公司,也是全国首批从事数字化接处警和指挥调度系统的公司
1   我是在下午六点到的宝丽金酒店。我给马路打电话,他说他在五楼洗澡呢,让我上去,也冲个澡。我没有马上起身,而是陷在大堂的沙发里用眼睛又逡巡了一圈,金碧辉煌的环境让我的双腿微微颤抖,我知道自己在这里有些自惭形秽,何况我坐着班车颠簸了一个下午,我的晕车症相比小时候并没有好多少。我深吸了一口气,瞥了瞥偌大的鱼缸里静止不动的那条大鲵,它也盯着我,却镇定自若,它大概都有些瞧不起我这个乡巴佬。   前
摘 要: 许地山既是一个作家,也是一个宗教徒。他有着自己独特的宗教观,他将自己的宗教观融于五四时期的作品之中。笔者认为宗教对许地山的影响有“积极向上”“健康进步”的成分,从作品中所反映的婚恋观可以看到这一点。在宗教影响下,特别是基督教影响下的这种婚恋观具有一定的先进性和反传统性。本文试对具体作品所反映的婚恋观进行分析,分析其受基督教影响的成分,发掘出许地山宗教影响下的反传统性。  关键词: 许地山
摘 要: 综合思维培养既是地理教学应该追求,又是应对当前学生综合思维缺乏之现实诉求。本文以贝加尔湖“湖泊的演变”单元教学为例,围绕湖泊演变这一核心问题,设计不同层次、不同角度、不同结构的问题链,通过问题解决、教学互动帮助学生提高全面、系统、动态地分析和认识地理环境,以及与人类活动关系的综合思维能力。  关键词: 综合思维 问题链 湖泊演變 地理课堂教学  普通高中地理课标首次提出了地理学科
我走在熟悉的方向,向着转角过去,那里有熟悉的身影,在敞开的铁卷门内,里头听得见电视的声音,看得见留有一头白发的叔叔,正专心地挑龙须菜,一旁的电视在播着些什么节目,他似乎不曾注意过。直到我问了声:“阿姨在吗?”叔叔才抬头慢慢地说:“补货去了!”   拉了张椅子,坐在叔叔旁边,陪他挑龙须菜,神情专注的他突然问起我今年结婚第几年,我看着日历,算算今年是第三年,叔叔笑着从皮夹里掏出一张旧照片,喜滋滋地拿