当前消息!张生:这张膜将改变燃料电池
2022-09-13 09:45:56 来源: 科技日报
张生在实验室陈曦摄
【资料图】
文质彬彬、不爱言辞,典型的学者风,初识天津大学化工学院优秀青年教授张生,他给人这样的印象。
然而,当聊起他深耕了十几年的电化学研究,张生瞬间变了一个人,侃侃而谈。一直和各种电池打交道,并取得多项世界级研究成果。张生坦言:“利用电化学原理开发清洁能源技术是我的理想。”
近日,张生与英国曼彻斯特大学诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆爵士等人合作,证实了石墨烯、氮化硼等二维材料具有质子传导性,并进一步发现,把自然界中广泛存在的云母用于燃料电池的高温质子交换膜,比目前商用膜性能更优、更节能环保。这两项研究成果分别发表在世界顶级学术期刊《自然·纳米》与《自然·通讯》上。
自小与“电”结下不解之缘
“我从本科到博士一直读的都是电化学专业,回想起来,我从小就对电特别好奇。”回忆起和电化学结缘,张生娓娓道来。中学时,张生最喜欢的化学实验就是拆开收音机用过的旧电池,把二氧化锰和锌做的电极插入碱性溶液中,就会产生电,让小灯泡亮起来。“现在想来,干电池就是最简单的电化学原理的应用,即将化学能转化为电能,专业术语叫作‘原电池’。”
2005年读研究生时,张生第一次接触到了燃料电池,自此一干就是十几年。“燃料电池是一种很棒的清洁能源技术,不受热力学循环限制,能量转换效率极高,而且燃料电池发电过程的产物只有水,没有碳排放,非常环保。”张生感慨地说,“但当时我国燃料电池研究才刚起步,研发出来的燃料电池成本高,很难实现商业化。”
张生读博士的时候,主要的研究方向就是降低燃料电池成本。他和所在的团队通过碳改性,增加廉价金属用量,达到了和用昂贵的铂金催化剂做电极一样的效果,电极成本极大降低。
在燃料电池中,质子传导性能对于燃料电池能量转化效率非常关键。“当时只有全氟磺酸膜,技术垄断价格高而且不耐高温。燃料电池需要的质子传导膜既要非常薄,还要像一张‘网’一样,孔洞大小只能让质子快速通过且能阻挡反应物氢气的渗透。但当时由于我的知识局限性,还不足以攻克这个难题。”张生解释道。
带着这个遗憾,张生去了美国进行博士后研究,主攻方向是温室二氧化碳的电化学转化利用。在国外学习工作期间,他接触到了更多的材料学、化学、物理等方面的知识,这些新知识拓展了他的视野,但寻找性能更优良的质子传导膜这个难题始终让他念念不忘。
破解提升燃料电池性能难题
张生的执着让他的人生轨迹再次与燃料电池产生交集,优异的研究成果使张生获得欧盟杰出人才计划资助,到英国曼彻斯特大学工作,专心进行质子交换膜的难题研究。
“寻找能够做‘网’的二维材料这件事,说起来容易,但研究过程也是一波三折。”张生说,根据各种文献和之前的研究,他们找到了石墨烯这种二维材料,本以为找到了一张合适的“网”,但事实证明,这条路才刚刚开始。石墨烯材料是由碳的六元环结构组成的,十分不稳定,需要以铜片为基底才能稳定成石墨烯膜。但是铜不能让质子通过,因此还需要把稳定的石墨烯从铜片上转移下来。
“整整半年时间,我们实验了热压、冷压等二十多种方法,但由于界面作用没那么强,转移过程中石墨烯膜都破损严重。”回忆起当时的情形,张生至今难忘,“我当时的心情,和曼彻斯特的冬天一样,见不到阳光。”通过总结失败的方案,张生调整思路,最终找到一种胶增加了界面强度,实现了石墨烯膜的完美转移。
然而石墨烯膜并没有解决耐高温的问题,回国后,张生又找到和石墨烯结构相近一些材料,但都存在各种问题。直到云母材料的出现,让张生如获至宝。“云母在地壳中储量极其丰富且价格低廉,使用云母制备的云母质子膜可以满足各种条件,而且使用温度可以从100℃延伸到500℃。”张生介绍说,云母膜质子传导率超过了目前商业化要求的两倍,应用于燃料电池后,未来电动汽车的行驶里程将会有很大提高。
“我们发展燃料电池这一清洁能源技术的初衷之一是减少碳排放,而更好地减少碳排放的办法是把二氧化碳变废为宝。”依托天津大学化学学院绿色合成与转化教育部重点实验室,张生通过反向利用燃料电池的能量转化原理,通过电能打开二氧化碳的碳氧分子键,加入氢将二氧化碳有选择性地转化为甲酸、乙烯和乙醇等有用的物质。
“虽然这项研究难度很大,但是做科研需要迎难而上的精神,我相信通过努力,我们的团队一定能开发出通过电化学途径转化二氧化碳这样一种清洁能源技术。”面对未来,张生充满信心。
(陈 曦)
为您推荐
精彩放送
热门文章
-
全球观热点:嘉实基金唐棠:FOF基金组合主线在于投资核心资产
-
【全球快播报】长虹电视推CHiQ ME,欲开启全新移动大屏市场
-
天顺股份连拉6个涨停板 上半年净利润同比减少27.69%
-
北交所首只询价发行新股出炉 硅烷科技申购时间为9月19日
-
环球热资讯!恒力势如破竹背后:新材料引领二次增长,绿色发展未来可期
-
天天头条:“板块轮动名将”华宝基金刘自强:“双十基金”是怎样炼成的?
-
今日讯!独家预售!京东到家、小时购iPhone14即时零售独家预购,开售最快分钟达
-
25家深企上榜民营企业500强 腾讯税后净利润排名第一
-
热点评!每财汽车|奥迪的圈子容不下上汽
-
【环球聚看点】每日财报|复星医药高管增持 康隆达拟控股天成锂业
-
网进科技二闯创业板 本次上市拟公开发行不超1940万股新股
-
博创智能二闯IPO 公司拟公开发行不超过5500万股
精彩图片
-
当前消息!张生:这张膜将改变燃料电池
-
世界头条:中秋大数据:露营、骑行热度高 二次元解锁“新玩法”
-
全球速看:8K超高清看“秋晚” 浪潮“万福千屏”点亮闽江两岸
-
世界快看:2022年全国科学道德和学风建设宣传月活动启动
-
通讯!川渝联合发布跨省域都市圈规划
-
热点在线丨中教云智慧教学平台升级 助力高质量教师队伍建设
-
天天快资讯丨绿色智能家电普及进入全屋“跨品换新”时代
-
环球关注:山东联手央视推介“好品山东” 浪潮精彩亮相
-
全球新资讯:“90后”科技创业者周江南:让视障人士有尊严地走出家门
-
今日热闻!落户中国三十年 微软持续孵化中国科技青年智慧创意
-
【环球聚看点】树立“大科普”理念 国防科普任重道远
-
每日资讯:联想牵手清华 推进产学研深度融合与科技创新
热文
-
车险到期了没交可以过户吗?交强险过期4天能过户吗?
-
保险续费宽限期是多长时间?保险续费宽限期内可以退保吗?
-
可以在手机上直接退保吗?自己在手机上退保流程是什么?
-
全国业务研讨会 --暨益生佳音新品发布会.镇江站
-
美团信用卡逾期还不上怎么办?美团协商还款应该和谁联系?
-
信用卡逾期后强制冻结怎么办?网贷和信用卡逾期优先还哪个?
-
电信逾期怎么办信用卡?办卡会受影响吗?宽带逾期会上征信吗?
-
兴行信用卡逾期怎么办?兴业银行信用卡八万逾期要坐牢吗?
-
我的信用卡逾期三期了怎么办?信用卡逾期可不可以办银行卡?
-
对方信用卡逾期怎么办?别人欠钱不还导致我信用卡逾期怎么办?
-
中国银行信用卡续逾期怎么办?中国银行信用卡逾期协商很困难吗?
-
因判刑信用卡逾期了怎么办?信用卡逾期被起诉立案后怎么解决?
-
信用卡逾期被银行告了怎么办?工资不发导致我信用卡逾期可以告不?
-
信用卡逾期万用金怎么办?信用卡的备用金还不上会有什么后果?
-
信用卡逾期四次怎么办房贷?信用卡逾期多次能办理房贷吗?
-
工商信用卡逾期被锁怎么办?信用卡逾期会不会影响孩子上学?
-
招商信用卡逾期一个月怎么办?信用卡逾期一个月有事吗?
-
“蟹”逅极致新鲜,海信真空冰箱为团圆中秋加点“料”
-
信用卡逾期过一个月怎么办?信用卡逾期不还的后果有哪些?
-
容声WILL首台对开门冰箱上市 打造健康智慧生活新范式
-
信用卡逾期呆账怎么办?信用卡逾期5000会被起诉吗?
-
信用卡逾期欠4千怎么办?信用卡3千多逾期一直不还会怎样?
-
建行信用卡逾期2个月怎么办?建设银行信用卡逾期2个月就要起诉吗?
-
广发信用卡逾期30天怎么办?信用卡还不上最坏结果是什么?
-
信用卡逾期后不给使用怎么办?信用卡逾期最坏的结果是什么?
-
梦想与传承,邓超予“予乐童行”点亮99公益日
-
中付pos机坚持创新,科技加持提供支付解决方案
-
信托业上半年受托超20万亿 资管行业鼓励资金向股市、债市等靠拢
-
天顺股份连拉6个涨停板 上半年净利润同比减少27.69%
-
传艺科技年内涨超2倍 主要与公司涉足钠离子电池有关
-
贵绳股份盘末再度收获涨停板 知名游资现身席位
-
蓝箭电子二度闯关IPO成功 公司在财务数据等方面依旧存在诸多问题
-
院士领衔发表甘海胃康胶囊治疗功能性消化不良研究成果
-
北交所首只询价发行新股出炉 硅烷科技申购时间为9月19日
-
北交所上市公司上半年业绩增势强劲,全国专精特新投融资大会来袭!
-
绿维文旅:再谈景区提升,提品质还是提收益?
-
当前速读:《漫谈戴口罩》——融媒体图书的新尝试
-
即时看!“家没了,但我们还有一双手!”——四川“9·5”泸定地震灾区见闻
-
环球焦点!四川泸定6.8级地震抢险救援及安置工作持续开展
-
天天热文:1至7月河北技改投资同比增长27.3%
-
世界头条:川渝合力加快能源低碳转型发展
-
世界热讯:增面积、育良种、延链条——黑龙江黑河大豆产业发展调查
-
音乐文化与教育的再融合—谱擂创始人胡爽访谈
-
雀巢普瑞纳“冠能宝塔营养”,以询证科学坚守宠物健康
-
天天热头条丨航天技术治理小井盖,守护大民生
-
最新资讯:张芒粒:产业数字化加快智慧供应链数智化转型
-
今日报丨杭州机场T4航站楼试运行 人文与智能元素交相辉映
-
聚划算99划算节直播卖法再升级 打透划算8点半心智
-
天天快播:过敏性鼻炎为何频频来袭?
-
世界快报:青岛海关助推山东自贸试验区尽享政策红利