探索固体氧化物燃料电池的新奥秘

　　1936年，当考古学家卡维尼格发现公元前的波斯人就开始使用电池时，人们惊讶地发现古代人们使用电池很有可能是为冶炼提供动力。随着科技的日益发展，人们似乎发现古代人的智慧总是亘古不变的真理，在真理中寻找突破口，则会促进时代的进步与文明的发展。小小的电池，经过科技的装扮，华丽转身走上更宽广的舞台。如今，固体氧化物燃料电池作为一种高效清洁的能源转换技术，已经可以利用天然气、煤的气化净化气和生物质气等燃料发电，发电效率可达60%以上，并具有减少二氧化碳排放的优点，得到了国内外科学家的青睐。“对于固体氧化物燃料电池来说，它的优点显而易见，发展前景相当乐观，但想要快速投入生产，最大的瓶颈是如何提升电池以及整个系统的稳定性。当稳定性提升了，一切困难将迎刃而解。”来自华南理工大学的教授陈宇介绍道。

　　豁达科研之我见

　　现任职于华南理工大学的陈宇主要从事固体氧化物燃料电池相关组件材料的设计合成以及其在清洁能源转换与存储方面的应用研究，当被问到对自己科研的评价时，陈宇最爱说的就是幸运，“没有一路上激励过我的老师和合作者们，我无法走到这一步”。这份豁达，说起来容易，但真正做到，要靠时间的沉淀和阅历的积累。真正的豁达是一种开放的心态，是一种对人待事宽容大度、心胸宽阔的处世态度，并总是会用尊重事实的态度看待一切，坦然面对现实，这也是陈宇对待科研的态度。在面对一个个未知的结果时，陈宇总会努力置身其中，尽情享受过程，因为他始终相信努力一定会有收获；当遇到瓶颈与困难时，他会用自己的所学所感重新来过，用知识与信念打开柳暗花明后的新世界。功夫不负有心人，豁达的科研理念让陈宇在科研上即使遇到坎坷，也都能有惊无险地渡过。

　　针对传统固体氧化物燃料电池阴极在高温下的氧还原反应迟缓以及活性衰减的难题，在美国能源部“固体氧化物燃料电池核心技术”项目的资助下，陈宇采用了简单有效的一步浸渍技术：在传统阴极颗粒表面上涂覆一层厚度约为20mm的均匀涂层，同时在涂层上镶嵌厚度为5nm的颗粒。相比于传统浸渍技术得到的不稳定纳米颗粒结构，这样的做法大大地提升了阴极性能及稳定性。在进一步的实验中，他和合作者华南理工大学的陈燕教授继续研究该材料体系的电子结构，发现这种均匀涂层有利于提高阴极材料稳定性，纳米颗粒有利于提高电子交换速率。陈宇深入研究的目的是想重复证实理论的准确性，毕竟在科研中确实是失之毫厘，谬以千里，新发现是在他意料之外的。陈宇并没有因此而有过多的情绪波动，他始终认为既来之则安之，一切都是努力给予的最好的安排。攻克难关的过程是艰苦的，但也会锻炼科研人员强大的心脏，豁达地看待结果也许才会有更惊喜的收获。在研究高性能纳米线阴极制备与表征的实验中，他发现固体氧化物传统阴极活性差，这会影响以纳米材料为结构，单一构筑性能优异的宏观器件这一能源领域前沿课题的发展。陈宇运用静电纺丝技术，突破障碍，成功制备了具有优异传输性能的纳米线阴极。同时，具有针对性地提出使用聚乙烯醇缩丁醛溶液浸泡纳米骨架的方法，增强了纳米结构的强度和韧性，易于后续的器件组装。说到科研成果，不可否认是陈宇用辛勤努力换来的，而他总在说：“我只不过是比别人幸运一点，多尝试少计较会得到更多。”

　　强大的理论基础与固体燃料电池性能研究的经验为陈宇插上了一双强有力的翅膀，于是他继续向前，进行电池电极结构的优化与设计。针对气体在传统电池里传质困难的难题，陈宇采用冷冻流延技术制备了具有高孔隙率、低曲折因子的新型孔道结构的陶瓷电极，极大地改善了气体以及电荷在电极内部的传输，提高了电池在高温下运行的效率。他还以此为基础，和合作者们结合X射线扫描成像技术成功地模拟出整个电池的较大尺度的三维结构，通过计算，得出电极的孔隙率分布以及曲折因子。另外，他和合作者们还设计了一种单原子分散催化剂，运用电极表面修饰技术，成功将其运用于电池器件中，实现了在500℃下优异并稳定的功率输出。“其实，每次实验我都不太看重最后的结果，努力做到最好就行。结果好只能说明我的方向是正确的，结果不好就找到新的出口，重新上路。”豁达成就了有意义的人生，也成就了固体氧化燃料电池的一次次创新科研。

　　不忘初心的飞驰人生

　　陈宇所研究的固体氧化物燃料电池是一种高效发电装置，可将燃料的化学能直接转换为电能，具有效率高和污染低等优点。陈宇希望加入华南理工大学后,发展高温电化学和固体氧化物燃料电池在清洁能源利用方面的应用，积极依托现有平台，推广基于固体氧化物燃料电池技术、能量转换与存储以及电化学合成燃料，积极寻求与相关领域的企业与工业界的合作，力争实现技术转化，开发新技术、新产品，大幅度提升原创能力。然而，目前阻碍固体氧化物燃料电池商业化的两大阻力就是整个电池的衰减与成本。陈宇将努力与团队逐一击破。针对电极的衰减，他将研究电极在有污染物条件下的中毒机制，设计一系列防中毒催化剂，提高阴极材料稳定性。先进技术的结合将极大地加深人们对阴极中毒机制的理解，为未来材料的设计以及中毒策略提供理论基础，为电池堆稳定性的提高提供借鉴。而降低成本的一个有效途径就是降低燃料电池的操作温度，他将设计有效催化剂，结合有效的高活性阴极，实现低温条件下燃料电池的稳定输出。

　　在科研路上的豁达之心使陈宇在人生的轨迹上不断向前，这一次他回到了起点。梦开始的地方，有最真实的想法，不忘初心，方得始终，这也是他在海外科研的这些年里逐渐参透的体会。

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