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天大博士何光伟首提氢燃料电池“质子通道”,能量传递速率升两倍
金陵 2015-12-20
导语

“质子膜”现在是面向燃料电池的关键研究领域。天津大学博士生何光伟的两篇论文均围绕“燃料电池用离子交换膜的传递过程强化”主题,提出了一种强化电池膜传递过程的新概念,并在实验中得到验证,这一成果可能会引领本领域的一个新的研究方向,最终为提升燃料电池的性能,为其市场化奠定基础。

       在今年有天津大学“学生诺贝尔奖”之称的该校第十四届学生科学奖的颁奖典礼中,有一位阳光帅气的博士生分外活跃。他是天津大学化工学院2013级博士生何光伟,今年他在《先进材料》和《先进功能材料》两份世界顶级期刊上连续发表了两篇学术论文,与许多知名教授专家“比肩”。在现场被调侃为“明明可以靠脸,却偏偏靠才华”时典型时,这位校园“学神”回应说,“年轻人只有脚踏实地,才能仰望星空。”

“天大学霸”何光伟

       在旁人眼中看来,何光伟是一个不折不扣的“学神”:研究生入学专业成绩第一、以专业最高评分两次获得研究生国家奖学金、十几次参加国内外学术活动并作学术报告、申请了10项国家专利(其中学生第一发明人4项)......他获得的荣誉“数不胜数”。除此之外,何光伟累计发表了22篇论文,其中一区论文19篇,第一作者论文7篇(SCI一区6篇),IF值基本都在6以上。

       一般来说,影响因子IF评分大于10即可被认定为世界范围内最顶级的学术杂志,是“金字塔的顶尖”。因此,今年何光伟连续在世界顶级期刊《先进材料》和《先进功能材料》上发表两篇学术论文,在学校内引起了不小的轰动。同时这两篇论文也是今年在何光伟所从事的“质子膜”研究领域中,国际上仅有的发表于IF>10期刊上的论文。

       近日,天津大学化工学院博士生何光伟在国际顶级学术期刊《先进材料》和《先进功能材料》上连续发表了以“氢燃料电池用离子交换膜的传递过程强化”为主题的两篇论文,在世界范围内首次提出一种构建氢燃料电池“质子通道”的新概念,可将其“能量传递速率”提升2倍,有望大幅提升电池性能并降低其成本,从而促进这一“零污染”绿色能源的推广。

纳米结构质子交换膜的形态和质子通道微环境

       氢燃料电池是使用氢作为燃料,通过电化学反应来“发电”,从而提供能量的电池。其“发电”过程只会产生水,属于对环境“零污染”的绿色能源,同时也避免了传统电池充电耗时的问题,是目前最具发展前景的新能源方式,如能普及并应用在车辆及其他高污染发电工具上,将能显著减轻空气污染及温室效应。

       氢燃料电池要通过质子交换膜实现“质子传递”从而“发电”,质子传递效率也就决定了电池的能量传递效率。但目前在世界范围内,氢燃料电池面临着质子传递效率还不能满足实际应用要求,质子膜成本高昂两大技术难题,难以迅速推广。

       何光伟提出的新概念,是通过物理微环境和化学微环境协同调控,并采用纳米材料自组装的方式,在氢燃料电池内构筑起一条高效的质子通道,相比目前普遍使用的通过高分子微相分离构建的离子通道,它是一条更加规整、连续的“高速公路”,实验验证其质子传递效率提升了2倍。如果这一概念能够应用到氢燃料电池的实际生产应用中,可大幅增强电池的性能,降低成本,特别是有望显著提升氢燃料电池汽车的续航能力。

       在努力攻克学术难题的同时,何光伟也在积极推动他的科研成果工业化的进程,努力让自己所学发挥出作用。他主动承担了实验室横向的研究项目,带领团队开发出的磺化聚醚醚酮系列质子交换膜的质子传导率(核心指标)高出商业化王牌膜5倍,成本却仅为其1/10。这一产品可以应用于水处理用电渗析器,这是净化污水的一个必备单元,可以使水处理过程更加高效,有很好的投入产业化的前景。不仅如此,他还作为学生方面的第一负责人与北京一家环保技术有限公司合作,研发出性能优异的离子膜,预估市场价值达到了500万。 

文章链接:

[1] Guangwei He, et al. 27(36), pp:5280–5295; 2015, Advanced Material, DOI: 10.1002/adma.201501406

Nanostructured Ion-Exchange Membranes for Fuel Cells: Recent Advances and Perspectives

[2]Guangwei He, et al. 2015,Advanced Functional Material,  DOI: 10.1002/adfm.201503229

Tunable Nanochannels along Graphene Oxide/Polymer Core–Shell Nanosheets to Enhance Proton Conductivity

(本文转载自天津大学网站http://www.tju.edu.cn)

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文章评论(3)
柏岩[北京航空航天大学]

惭愧啊

938天前 | 回复
爱因斯坦[北京航空航天大学]

天大博霸啊

938天前 | 回复
爬上海岸的鱼[SYNNEX China]

天大出品,必属精品

938天前 | 回复
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作者 金陵

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