为燃料电池注入“中国芯”

——记鸿基创能科技(广州)有限公司副董事长兼首席技术官叶思宇

 

□ 黄蓉芳

 

当事业处在巅峰之时,放下海外的功名和安逸,回到国内重新开始……许多人难以理解加拿大国家工程院院士叶思宇的人生选择,但他的回应总是非常简单:“我只是想为祖国做点事。”在温和的语言背后,他用行动展现着应对技术挑战的强大自信,还有助力国家能源结构调整的满腔热情。

氢能的扩大应用离不开燃料电池技术的提升。但中国的燃料电池处于发展初期,与国外先进水平有着一定的差距。作为国际公认燃料电池电催化和膜电极的领军人物,叶思宇在电化学尤其是燃料电池方面具有30余年研发和产业化经验。在他带领下,被称为燃料电池“芯片”的膜电极已经实现“高质低本”的自主化生产,产品已经进入世界先进水平之列。

立志:研发成果要为世人所用

1988年,学习电化学的博士生叶思宇从厦门大学毕业。此后,他赴德国杜伊斯堡大学求学,在德国完成第一个博士后研究。

“以前我的终极目标可能是当一名科学家或者教授,但德国的导师给了我另一种影响。”叶思宇回忆,在德国留学期间,他和同事曾被邀请去福特公司参观。参观过程中,福特公司的工程师突然发问:“知道我们用的汽车喷涂油漆配方专利是哪里来的?”叶思宇当时一头雾水。

对方立即指出,专利人正是站在身旁的弗里茨·贝克(Fritz Beck)导师。不仅如此,导师关于化工和材料的研究,都在工业界得到了广泛应用,让一众人好生佩服。

“你发几篇论文,除非获得诺贝尔奖,否则没有几个人会记住你,但是一辆车20年还在用你的配方,这种影响非常深远。”叶思宇说,贝克导师也不断向他灌输产业化导向研究的重要性。

1991年,叶思宇再赴加拿大魁北克大学继续博士后深造。博士后出站后,他在魁北克水电公司研究院担任高级研究员。

在1999年一次公司间的交流中,他激起了巴拉德公司副总裁(也是后来叶思宇提名为院士的第一推荐人)的爱才之心。巴拉德公司1989年就开始从事质子交换膜燃料电池开发和研制业务,目前已是世界上最重要的燃料电池生产商,拥有世界一流的先进技术。

在力邀之下,叶思宇2000年加入了巴拉德公司,当时他已经40岁。“我不愿意纯粹发完论文就了事,更希望自己的研发有一天变成真正的产品,为世人所使用。”他说。

攻坚:奠定燃料汽车产业化基础

20世纪60年代和70年代,氢燃料电池应用在载人登月的“阿波罗”飞船上。科学家们在努力将氢燃料电池的使用从航天领域扩展到更大范围。巴拉德公司则希望进一步改善氢燃料电池性能,以符合汽车领域的应用要求,叶思宇承担起燃料电池研发的任务。

对于氢能源的使用,燃料电池非常重要。叶思宇与团队研发出抗反极催化剂,解决了氢燃料电池车的冷启动问题。2002年,他因此被破格提拔为巴拉德公司首席科学家。此后,他还开发了抗碳腐蚀的阴极催化剂层,以延长燃料电池的寿命。这些关于燃料电池电堆冷启动和耐久性技术的发明,从根本上推动了整个燃料电池产业的商业化进程。

膜电极被称为燃料电池的芯片,因为它决定着燃料电池的性能、寿命及成本。简单而言,膜电极主要由质子交换膜、催化层以及气体扩散层组成。在质子交换膜一侧的阳极上,氢气被铂催化剂分解为电子和质子;质子可以穿过质子交换膜,与空气中的氧和阳极放出并经外电路传导的电子在阴极生成水排出,产生电流。

叶思宇带队开发出世界最高水平的燃料电池催化剂,直接领导了燃料电池核心组件膜电极的生产工艺过程开发,使巴拉德公司成为世界上极少数几个能大规模工业化生产膜电极的先进企业。

“当时我加入巴拉德的愿望实现了,我们研发的产品组装进入了小轿车、大巴、叉车和发电设备,很多车我还开过,这种感觉真是非常好。”叶思宇表示。

因为在氢燃料电池产业化方面的卓越贡献,叶思宇2018年当选为加拿大工程院院士。

归国:为膜电极自主化迈出第一步

2019年,氢能源首次写入国务院政府工作报告,氢能战略也是碳中和目标实现的重要组成部分。如今,氢能产业布局成了很多地方政府的工作重点。

然而,中国专注于膜电极研发生产的企业并不多,电极主流市场目前也被巴拉德、庄信万丰、戈尔等外企掌控。国家非常渴求叶思宇这样具有实际产业化经验的人才。

2018年在功成名就之时,叶思宇离开了巴拉德公司,回到中国从头开始。他坚信,中国氢能事业有着更大的机遇,未来有更大的平台去施展。与此同时,推动中国膜电极自主化生产也是他们团队共同的目标。

“即便在加入巴拉德之初,我们也研发和前任完全不一样的产品,因为知其然、知其所以然,我们不需要去照抄别人的东西,也能达到更好。”叶思宇说。

2018年11月,叶思宇加入鸿基创能科技(广州)有限公司(以下简称“鸿基创能”),担任副董事长兼首席技术官,此时他已58岁。而鸿基创能是一家成立于2017年12月的初创企业,致力燃料电池膜电极的研发生产。

谈起鸿基创能选择广州的原因,叶思宇表示,首先,广州所处的大湾区有支持氢燃料电池产业链配套的能力;其次,广州的科教资源丰富,能够保证产业所需的工程技术人员;再次,广东省、广州市和黄埔区/广州开发区政府对氢能产业有很高的认知度,并给予了有力的政策支持。

2019年3月,全国首家燃料电池膜电极产业化项目在鸿基创能正式竣工,这打破了中国燃料电池膜电极依赖进口的局面,填补了目前国内在相关产业上的空白。如今,该项目的满产年产能达30万平方米,如果按照100千瓦的燃料电池单堆功率来计算,可以满足3万台车的装机需求。

膜电极的成本约占到整车成本的1/6,而目前国产化所实现的进口替代可促成20%~30%的成本下降。使用鸿基创能膜电极的燃料电池比国外进口产品的性能提升了35%,成本下降了30%,千瓦成本下降了50%,极大地推动了国产燃料电池电堆的成本下降。当前鸿基创能的生产线日夜不停地运作,以应对不断涌来的订单。

面对未来更加激烈的氢能竞争,叶思宇有着更加审慎和长远的思考,他正带领团队开发第三代和第四代的产品,以期实现功率密度的逐步提升和耗氢量的逐步下降。他们在和国内催化剂、质子交换膜、碳纸等关键材料的厂商展开密切合作,努力实现膜电极的全产业链自主化。

“我不认为我们已经比世界最先进水平更先进,达到世界先进水平和自主可控是我们的努力目标。我们在进步,他们也在进步,最后的结果无法预知,但我们要行动起来。”叶思宇坚定地说。他相信,为中国燃料电池“注芯”的事业“道阻且长,行则将至,行而不辍,未来可期”。

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