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留学报国 强国有我 | 李致朋:践行能源报国使命,做中国燃料电池的推动者
2022-10-27 09:38:00

  生逢盛世、不负盛世,新侨、留学归国青年心系“国家事”、肩扛“国家责”,为全面推进中华民族伟大复兴贡献智慧和力量,他们与祖国同行、为人民奉献,在各行各业发光发热。

  为充分展现新时代新侨和留学归国青年奋斗创业风采,聚焦他们留学报国,在祖国大地贡献青春、挥洒汗水的身影,南京市侨联特推出“留学报国 强国有我”系列宣传。

  李致朋博士,南京能斯特科技有限公司创始人,本科毕业于北京师范大学,博士毕业于新加坡国立大学材料科学与工程专业,在海外留学工作近20年,历任西部数据(美国硅谷)首席工程师、美国国家标准局研究员、日本国立物质材料研究院研究员、新加坡国立材料研究与工程院研发工程师等职务,主要从事纳米新材料,新能源燃料电池,新型能源器件的研发、制备及产业化制造,拥有多年美国硅谷工业界的一线生产经验,在国际一流期刊上发表论文50余篇,拥有国际国内已授权发明专利50余项。

  为了发展我国新材料新能源事业,打破美国和日本在固体氧化物燃料电池方面对我国的技术封锁,李致朋博士毅然选择回国,带领团队研发自主可控、纳米新材料高端制造技术,完成固体氧化物燃料电池的高端制造及产业化应用,解决国内在固体氧化物燃料电池产业化制造的“卡脖子”问题。

  对于陶瓷的认知,大多数人的第一印象就是江西景德镇或江苏宜兴制作的工艺品,然而李博士却告诉我们,他在日本留学工作时研究的是通过陶瓷材料做成固体氧化物燃料电池,在不燃烧的情况下直接发电。所用燃料是酒精等碳氢化合物。

  在百度上随意搜索 “为什么乙醇不能替代汽油成为汽车的燃料?”答案几乎如出一辙,乙醇燃烧产能量太低,不适合直接用做燃料。为什么在李博士这儿,“酒”会成为燃料电池的动力之源呢?

  真正的“清洁能源发电机”

  通常,陶瓷是用来看的,酒是用来喝的,然而这个燃料电池竟然可以直接让酒在不燃烧的情况下,把酒里的化学能一次转化为电能,简单而言,就是“直接用酒在不燃烧的情况下来发电”。这带来的震撼,颠覆了一直以来我们使用陶瓷和使用酒的传统模式!

  当我们还在欣赏美酒名器的艺术价值时,国外已经开始研究如何转化为更大的生产力。其实,我们几千年来的陶瓷工艺品只是陶瓷材料的低端应用。李博士告诉我们,在日本和美国等科技发达国家,高端陶瓷其实已经应用到高科技的诸多领域,比如新能源,航空航天,海洋防腐,汽车行业,半导体及微电子器件,化学化工,以及医疗器械等领域。在高端陶瓷的世界范围内,日本占领市场50%,美国30%,欧洲10%,而我们中国仅占1-2%。

  李博士回忆说,当年日本导师带着他在东京探讨科研合作,结果合作方是日本的TOTO公司,他当时一下子懵了,TOTO不是卫浴品牌吗?厕所里随处可见的马桶怎么可能和燃料电池这样的高科技产品联系在一起?

  李博士也是后来才知道,TOTO确实是世界上龙头的卫浴产品公司,但是他们一直在默默地研发陶瓷材料的智能化、绿色化技术应用并将其产业化,其中就包含固体氧化物燃料电池这样的新能源高科技技术。这个固体氧化物燃料电池几乎全是用高端陶瓷制成的,再加入氢气、天然气、酒这样的碳氢燃料,便可以在不燃烧的情况下直接转化成电能,是真正的“清洁能源发电机”。

  冲破“卡脖子”技术壁垒是必须

  燃料电池核心专利不在手,会重蹈芯片“卡脖子”的覆辙吗?目前国内燃料电池的产业化及其应用才刚刚开始,缺少核心的制造技术,上游最精尖的技术都掌握在日本或欧美企业的手里。

  传统技术一定要燃烧才能发电,比如柴油、煤油、蒸汽轮机、涡轮机等,都是通过燃烧燃料,从化学能转换到机械能,然后再推动活塞进行发电,期间因摩擦、噪音、发热等损耗导致能量转换效率其实很低。但固体氧化物燃料电池通过化学反应,一次性直接把碳氢化合物(氢气或天然气或酒)里面的化学能直接转换成电能,无需燃烧,中间没有其它过程,所以能量转换效率非常高,是传统燃烧发电的3-5倍,发电效率高达50-60%。同时,如果把期间化学反应的热能回收利用,做成“热-电联供”系统,能量利用率甚至高达90%,是非常高效的“清洁能源发电机”。

  燃料电池是西方科技的能源革命,目前开始步入商业化阶段,但美国和日本的技术和相应的产品不卖给咱们国家,对我国进行科技封锁。危机四伏的背后,如何崛起?

  掌握燃料电池核心关键技术迫在眉睫。李致朋博士立志要用中国的原材料,中国的设备,中国的工程师,做出全部国产化的固体氧化物燃料电池,以自主可控、完全知识产权高端实体制造为基础,以新能源分布式架构,走高精尖技术创新之路。

  实现“双碳”目标,能源转型是关键

  纵观国际碳中和行动,美国公布了实现2050碳中和目标的时间节点与技术路径;日本将投入2万亿日元财政预算,落实2050年的碳中和目标;我国也提出二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。在未来30年内,各国的碳中和战略都是围绕清洁电力、交通和建筑电气化、工业转型、减少甲烷和其他非二氧化碳温室气体排放,构建公平繁荣、富有竞争力的低碳社会。

  能源安全是我国整体安全的重要内容,如何在复杂的国际形势和双碳目标内外因素驱动下,保障我国能源安全、支撑我国在国际复杂博弈中赢得主动成为极其重要且紧急的全新命题。而且单一的从减排方面的努力已经无法满足全球变暖的趋势了, 我们亟需要新能源来开辟新的路径,掌握我们自己的能源命脉。

  电池的能量密度和寿命是衡量电池性能高低的重要指标。李博士一再向我们强调,我们生活中知晓的电池,其实是储存能量的器件,它本身并不能产生能量;而燃料电池才是真正能发电的高科技,是将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的电化学装置,具有效率高、无噪音、无振动等优点,被誉为21世纪最有前途的高效能量转换技术。所以现今的锂电池是“储能端”,而燃料电池是“发电端”,两者相辅相成。

  中国并非一个锂资源丰富的大国,仅仅依靠国内的锂矿资源是无法支撑我们实现 “双碳”目标,构建以新能源为主的绿色低碳能源体系,降低石油和天然气的对外依存度,提高能源安全自主保障水平,能源转型是关键。所以,如果中国能够发展锂电池(储能端)的同时,又能发展燃料电池(发电端),那么燃料电池就能真正成为为国家创造新能源的清洁能源,实现碳达峰、碳中和的强有力技术支撑。

  我站立的地方是中国

  李博士在北师大读完本科,拿了全额奖学金去了新加坡国立大学攻读博士学位,在这所亚洲排名第一的大学仅仅用了4年时间就读完博士,加入新加坡国立材料研究与工程院。当时所在的科研团队是世界上较早做固态储氢的,后来又去了日本国立材料研究院从事新能源燃料电池博士后工作。他坦言,北师大“学为人师,行为世范”的校训对他的影响很大,平时勤学苦练,通宵达旦地做实验,一直在国外顶尖平台认真学习,踏踏实实做科研,在国外一做就是20年。

  前不久,日本材料协会 MRS-J 成立30周年之际,还给李博士颁发了团队贡献奖,感谢他努力为新能源燃料电池研发做出的贡献,尽管离开日本已10年之久,依然被邀请,可见这个奖项意义非凡,亦是几代新能源燃料电池研发人员前赴后继坚持把产品做到精益求精的见证。

李博士一直致力于新材料新能源的技术推广

  无论是在被全世界公认做得最好的产品及产业化技术的日本,还是在美国国家标准局、美国硅谷世界500强企业,李博士一直与国际一流的高科技公司、国家实验室、大学和科研院所建立了长期良好的合作伙伴关系,参与了多个国际合作项目,撰写了近 10 篇科研专业丛书的章节和行业综述的论文,在国际一流专业会议上做报告 30 多场,从初级工程师、中级工程师、高级工程师,最后做到首席工程师,李博士一直有一个梦想,希望能用海外积累多年的先进技术,打造一个新能源高端制造领域的创新型企业,助力“双碳”战略驱动,与祖国发展同频共振。

  国外燃料电池产业起步早,技术相比中国有较大的优势,“碳中和”国策加快能源转型,燃料电池是重点方向。长期身在海外的李博士一方面看到美国和日本对我国进行科技封锁,为“中国制造”转型的“卡脖子”问题担忧;另一方面,他也看到了机会,燃料电池相比传统燃油、纯电动具有能效高、排放低等优势,有望迎来长期发展,经过激烈的思想斗争,他最终选择回国发展新材料和新能源的事业,报效祖国!

  李博士带领的海归团队专注于清洁能源的开发,主要以新一代的清洁能源燃料电池为核心,开发新一代燃料电池电堆及其动力系统,并以此清洁能源系统产业化为核心,推广新一代燃料电池的商业化应用,瞄准国家“专精特新”发展要求,坚持专业化、精细化、特色化、新颖化发展之路,致力于为国家新能源及其相关行业提供燃料电池动力系统的解决方案。

  燃料电池兼顾发展与减排

  能源是人类生存、生活、发展的基础。伴随着国家对清洁能源的广泛需求,对碳达峰、碳中和的发展目标,李博士的团队本着“科技创造绿色生活”的理念,力争通过技术创新,制造出全部国产化的固体氧化物燃料电池并进行产业化推广,兼顾发展与减排,为实现碳达峰、碳中和做出有力的科技支撑。

  新能源燃料电池能够建立起新能源产业链,包括高端制造业中的核心关键的一环。拉动经济的同时,还可以扩大就业面,尤其是提升了中国高端制造水平,积累高端制造业的核心技术,培养专业的工程师,储备足够强大的人才技术。长三角地区拥有完善的工业和制造上下游产业链,在原材料和材料加工、仪器设备和检测服务的多方面有丰富的资源。同时,燃料电池在轨道交通、港口机械、船舶及分布式发电装备产业实现突破,将有机地融入长三角的制造业,尤其是电子、陶瓷、工程、机械、加工等多行业的产业链里,为提升中国的高端制造业,新能源产业,以及高科技水平做出独特的贡献。

  燃料电池作为新能源在中国及全世界的发展已经势不可挡。随着我国燃料电池企业的不断壮大,燃料电池关键核心技术的突破,产业链趋于完善,产业集群效应凸显,我国氢燃料电池产业将快速进入产业暴发期,带动燃料电池市场的迅猛发展。

  这就是李博士追求的科研、追求的事业。他毅然放弃了美国的绿卡、高薪返回中国拼搏,这是一个让人看起来不是那么容易理解的想法,只因他内心一直记得自己的梦想和从小就烙印在心中的“学有所成,振兴中华”。


  编辑:南京侨联张亚金  
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