王荣跃:造出新型催化剂领先国际水平,促进成果产业化
发布时间: 2023-06-16
在有研(广东)新材料技术研究院实验室,燃料电池关键部件研究室副主任王荣跃身穿白大褂,手戴蓝色手套,与团队成员反复检测催化剂性能并记录反应过程的关键数据。
走出实验室,王荣跃马不停蹄地将最新研发的催化剂实验样品送往下游厂商,并在器件上进行测试认证。在实验室和生产现场两头跑,是王荣跃的工作常态。
促进科技成果转化和产业化,是实施创新驱动发展战略的重要任务。近年来,佛山市科学技术协会搭建起人才引进、学术交流、成果转化等平台,为科技工作者提供贴心的服务,推动产学研深度融合。
作为深耕燃料电池领域的国际科研大咖,王荣跃在市科协等部门的支持下,逐步把科研成果带出实验室,走向产业化应用。近日,王荣跃接受记者采访时表示,他将继续秉持“科技创造绿色生活”的理念,通过技术创新,研发出更多低成本、国产化的燃料电池催化剂,并进行产业化推广,为实现碳达峰、碳中和目标提供科技支撑。
王荣跃在实验室检测催化剂性能。
全球首次
实现新型催化剂放大制备
发展新能源,能够帮助人类摆脱对传统能源的依赖。“我对新能源很感兴趣,这是一个造福人类的研究方向。”王荣跃说道。从2007年在山东大学读博士研究生开始,到出国留学工作近10年,再到进入有研广东院,他一直在燃料电池领域不断探索、埋头钻研。
催化剂是燃料电池的核心材料之一,根据美国能源局公布的数据,大规模推广时其成本占燃料电池系统的40%以上。王荣跃介绍,目前燃料电池主要应用的是铂碳催化剂,但是由于铂价格昂贵、储量较少,严重阻碍了燃料电池大规模产业化应用。
针对这一问题,王荣跃在全球顶尖的科学研究中心——美国阿贡国家实验室工作期间,通过溶胶凝胶法制备出纳米颗粒尺寸均一、贵金属利用率高的新型铂基合金催化剂。在相同铂载量的情况下,该类催化剂的性能比商用催化剂提高了10-20倍。
然而,这些只是在实验室里小型测试的结果。“当时的条件只能制备出几十毫克的铂基合金催化剂,仅仅满足实验室进行的精细测量,如果要放在器件上检测,需要以克为数量级的催化剂制备。”王荣跃说,从毫克到克数量级放大的同时,催化剂的颗粒大小、形貌、合金组分和性能还要在反应过程中保持不变,才能投放到器件中使用。
如何将这种催化剂放大到克级以上?当时国际上没有先例可循。加上项目时间非常紧迫,王荣跃感到压力空前。于是,此后的两个月时间里,王荣跃几乎每天在实验室工作超过12个小时,不断复盘总结实验过程中的所有细节,最终探索出成熟的催化剂制备反应体系。2018年,王荣跃在世界上首次将溶胶凝胶法制备的PtNi/C纳米电催化剂从几十毫克数量级提高到几十克数量级,实现宏量制备。
经美国多个国家实验室和公司验证,宏量制备的催化剂多项数据优于美国能源部2025指标,综合性能达到国际领先水平。这一国际创新成果,吸引了加拿大巴拉德动力系统公司等3家燃料电池头部企业的高度关注,并投资进行产业化开发。
此外,王荣跃还设计开发了多种不产生一氧化碳中毒产物的高活性、高稳定性甲酸燃料电池催化剂,性能比商业铂碳催化剂提高了380倍,铂载量却降低到微克数量级,系列成果发表多篇学术论文并获得自然中国专题高度评价。
全面布局
推动燃料电池产业向前发展
近几年,我国全力推动燃料电池技术研究开发和应用工作,取得飞速进步,但是在燃料电池关键材料和零部件方面与主要发达国家相比仍有较大差距。
为了更好地回馈国家,推动我国燃料电池产业发展,2021年,在中国有研的邀请下,王荣跃果断放弃国外的优厚待遇,在事业高峰期顶着巨大压力举家归国,奔赴有研广东院开展燃料电池关键技术研究。
“刚开始这里只有一个空厂房,我们从图纸设计到设备采购,一步步把实验室组建起来。”回国后,王荣跃几乎是从零开始组建团队开展燃料电池催化剂关键技术攻关和产业化应用。仅一年后,王荣跃便在有研广东院组建了一支12人的研发团队,其中2人获得国家级海外高层次青年人才计划,成功搭建燃料电池催化剂从实验室合成到中试放大及膜电极制备和性能评价平台,获得2022年度“创响中国”中国有研站创意探索类一等奖。
有研(广东)新材料技术研究院。
2022年,王荣跃带领团队开发出第一代铂碳催化剂,其粒径分布、性能和稳定性等指标比肩国际上知名的催化剂,并能实现百克级别的宏量制备。“实现百克级宏量制备后,就能够为膜电极等下游厂商送样测试,检测能否在膜电极里面满足他们的使用需求,如果满足需求膜电极企业就会供货给电堆企业,最后进行整车组装。”王荣跃说,借助佛山完整的氢能产业链条,目前团队正积极与泰极动力、清极能源、雄川氢能等佛山乃至粤港澳大湾区的企业对接合作。
推动第一代产品迈向产业化道路上,王荣跃继续带领团队研发铂载量较低的合金催化剂,并在实验室测试阶段取得不错的结果。为顺应市场需求,王荣跃同时也在加紧研发超高耐久性的催化剂,将应用在重卡、物流车、环卫车等领域。
作为有研广东院燃料电池项目带头人,王荣跃有着清晰的研发体系建设和规划。未来,王荣跃将带领团队继续开发超低铂载量甚至是无铂催化剂,降低燃料电池成本,扩大燃料电池应用规模,推动燃料电池汽车产业集群发展。
来源:佛山市新闻传媒中心、佛山+