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车辆与运载学院第249期学术沙龙——电化学几个基本概念及在燃料电池中的应用

2020年10月22日,车辆与运载学院第249期学术沙龙于汽研所301会议室顺利举行。此次学术沙龙的演讲嘉宾是来自上海亿氢科技有限公司的贺萍总经理,演讲题目为“电化学几个基本概念及在燃料电池中的应用”。

沙龙伊始,主持人张剑波老师向同学们简要介绍了贺萍研究员的个人经历,并表示热烈欢迎。贺萍研究员于中国武汉大学获得电化学专业博士学位,而后到加拿大Ballard公司做研究人员至首席研究员;2018年回到国内并任上海亿氢科技有限公司总经理。贺萍研究员有着28年的燃料电池催化剂和膜电极的研究经历,对膜电极这一个“卡脖子”的核心部件,有着丰富的研发经验、制备经验、实际应用的经验;主要成果有论文20余篇,发明授权专利10余项,多次参加行业国际年会发表主题报告,在Ballard工作18年期间也多次获得各种优秀奖项。


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上海亿氢科技有限公司贺萍总经理做主题报告


在演讲中,贺萍研究员首先向同学们厘清燃料电池研究中各种常见的概念,比如物理电势、电势差、化学势以及电化学势这四种电位的区别与联系,电化学中的反应热力学与动力学方程以及PEMFC中几种电势电压的概念。借由对上述概念的深化理解,可以对实际过程中出现的问题进行分析,贺萍总经理以“膜电极氢气缺乏(Fuel Starvation)失效过程”和“氢气缺乏导致的膜电极反极失效过程”进行深入浅出地分析讲解,并最终落脚到实际设计要考虑的改进方案。比如,对于Fuel Starvation的失效过程,一是要保证电池在运行时有足够的氢气反应气体,二是要避免气道堵塞(对应于GDL和极板参数、流场设计),三是要降低驱动力(对应于操作和GDL、极板材料的改进),四是增加阻力(对应于CCM的设计)等等。而后,贺萍研究员还带领同学们分析了电化学极化过程。膜电极电化学极化曲线表征着燃料电池膜电极所具备的电能输出能力,此能力与膜电极的结构、应用环境以及操作条件等密切相关。

在上述分析基础上,贺萍研究员从性能、耐久性、可靠性以及成本这四个方面总结膜电极的设计要求,并强调“膜电极运行条件→膜电极设计要求→膜电极组分材料设计要求的“从上至下且面向实际应用的分析链条。

贺萍研究员指出,目前公司在很多方面研发需求较大,并总结提出了四个可以开展项目研发的前沿课题。研发课题包括ORR催化层中三相界面结构与材料、工艺及性能、寿命关系,ORR催化层结构中反应活性区分布及其建模与仿真,催化层的催化剂直接沉积,催化层与GDL界面接触对于膜电极性能和寿命的影响等等。

演讲最后贺萍研究员向参加沙龙的老师同学展示了公司齐全的软硬件设备,表示十分期待广大的研究生参与到上述前沿的研发需求中去,也欢迎大家到上海的公司参观交流。

在提问环节,与会者就“缺氧气情况下的老化机理与实际情况“、”高电流密度下极化曲线变化趋势诱因“、”GDL层亲水/疏水设计的选择“以及”梯度化膜电极生产制造“等等问题积极展开讨论。

鉴于贺萍研究员在学术上的建树以及在产业上的贡献,车辆学院决定聘用其为客座研究员,并由李建秋院长颁发聘书。

在学术沙龙的最后,由车辆学院院长李建秋教授做总结发言。李教授指出,贺萍研究员是膜电极领域著名的专家,做事务实低调,用实际行动在解决我国燃料电池产业的瓶颈问题,是值得广大学生学习的榜样。此次学术沙龙采取线上线下相结合的方式,共吸引约200余人次的校内外师生参与交流。