鄭州大學

鄭大故事:研發巨型“充電寶”,讓持續安全供電成為可能——記電氣工程學院青年教師金陽副教授

發布時間:2021年05月26日 信息來源:黨委宣傳部 電氣工程學院

鄭大故事:研發巨型“充電寶”,讓持續安全供電成為可能——記電氣工程學院青年教師金陽副教授


国内精自线一二三四20212020年12月10日至11日,《麻省理工科技評論》全球青年科技領袖峰會暨榜單發布儀式在浙江紹興舉行。此次《麻省理工科技評論》35歲以下科技創新35人中國區榜單匯聚了國內頂尖的青年科技精英,囊括物理、生物、醫學、人工智能等領域,我校電氣工程學院副教授金陽因其在電網儲能領域取得的成就成功入選。金陽還被評為河南省高層次人才支持計劃“中原青年拔尖人才”、鄭州大學青年拔尖人才、鄭州大學校級青年骨干教師。

以問題為導向,創新電池體系

目前我們所用的電池大都是由有機電解液構成的鋰離子電池,方便又高效。但任何事物都有兩面性,“液態電池就是電池中加入的是有機電解液,在一些異常情況下,比如過熱、過充或者碰撞針刺等,它們就會燃燒,所以說以鋰離子電池為主的規模化儲能電站或者電動汽車會經常會出現著火的現象。”金陽說。液態電池大規模應用于儲能存在火災和爆炸風險,并且成本較高。因此,固態電池技術越來越成為新焦點。

国内精自线一二三四2021金陽研究的主要方向是規模化儲能技術。目前,國內儲能在電網側、發電側、用戶側均出現過不同程度的火災事故,儲能系統安全問題已然成為懸在儲能行業頭上的“達摩克利斯之劍”,電池儲能技術路徑弊端或是起火事件罪魁禍首。規模大、對安全性要求又極高,如何實現理想的儲能?金陽瞄準行業問題,找準特色方向來攻堅克難,他發明了新型的固態電解質熔融鋰金屬電池體系,采用固態電解質代替液態電解液,增強電池的安全性;同時采用高儲鋰容量的硫或者硒作為正極,金屬鋰作為負極組裝固態電解質熔融鋰硫電池,以提升電芯的能量密度。

基于現有的鋰離子電池儲能電站安全性問題,金陽開發出了一種基于氫氣探測的早期安全預警方法。電池在過充或快充等極端條件下,內部容易產生大量熱量,溫度升高,產生大量氣體,甚至導致災難性的火災。若能捕獲其中的氫氣變化,就可以完全阻止火災元兇“鋰枝晶”的生長,既不冒煙也不發生火災,而且比熱失控早10分鐘發出預警信號。這樣就能留出一定的時間進行防范,如疏散人員、切斷充電器等,有效防止安全事故的發生。如今這一技術已經在儲能電站中實現應用。

国内精自线一二三四2021為了攻克相關難題,金陽把自己的所有精力都放在了研究課題上,就連在睡覺前、吃飯時也在琢磨。寶貴的時間一點點流逝在實驗室里,休閑娛樂、陪伴家人難以安排在工作的縫隙中。但他說:“一個人的時間和精力是有限的,選擇了科學研究必須要犧牲其他的東西。”一分耕耘一份收獲。在《麻省理工科技評論》全球青年科技領袖峰會暨榜單發布儀式上,頒獎詞對金陽的這一發明給予這樣高度評價:“這種全新電池技術的產業化應用有望改變現有電網儲能行業。”

學成歸國 一流建設貢獻一己之力

進入電氣工程領域,是緣分,也是機遇。2008年,在填報高考志愿時,他從昔日同學那里了解到了電氣工程這一專業,并成功考入了鄭州大學電氣工程學院,開啟了他的追夢之旅。

国内精自线一二三四2021為了學好專業知識,金陽如饑似渴地讀書學習,2012年,他以專業第一名的成績被推免至西安交通大學電氣工程學院進行碩博連讀的深造,師從鄭曉泉教授從事電氣絕緣領域的研究。2014年,金陽獲得國家留學基金委資助赴美國麻省理工學院和斯坦福大學進行聯合培養博士深造。在麻省理工學院和斯坦福大學交流期間,物理、化學、生物、醫學……他在那里與來自各個領域的科研工作者進行思維碰撞,不同的電池儲能領域激發起他的濃厚興趣,他因此開始轉入電池儲能領域的研究。

考慮到自身電氣工程的行業背景和電網儲能的應用需求,也為了更好地發揮專業優勢,在斯坦福大學導師崔屹教授的指導下,他開始了對固態電解質熔融鋰金屬電池體系的研究。

“要想別人不敢想的,做別人不敢做的。”“做研究就是要有創新性、挑戰性和突破性,就是要樹立通過自己的研究改變人類命運的崇高理念”,世界名校的熏陶深刻地影響著他,激勵他不斷前行。在進行科研工作時,金陽十分注重學科之間的交叉融合;在研究電池體系時,金陽也會了解其他學科特點,并根據其他領域的不同需求對自己的作品進行改進。電氣工程作為一項較為傳統的學科,在目前發展中遇到一些瓶頸,突破這些難題需要發展新能源、改變能源消費模式,其中最關鍵的一步是研究完善儲能技術。而將電氣工程、電化學、材料科學三個學科領域交叉利用,可以實現該技術的進一步發展。

“我是國家公派到國外去學習的,應該學成歸國,為國效力。而且,我相信在國內比國外更能發揮作用。鄭州大學正處于高速發展時期,我要用實學實干為母校的一流大學建設貢獻一己之力。”金陽說。2017年博士畢業后他選擇留在鄭州大學工作,作為對祖國和母校最好的回饋。

国内精自线一二三四20212018年,在學院的支持下,“鄭州大學電網儲能與電池應用研究中心”成立,金陽作為負責人之一帶領團隊深入電網儲能與電池應用研究,希望在固態電池儲能領域有所突破。目前,該研究中心已經形成為以他為核心的十余人團隊。“團隊成員的專業背景不盡相同,但都是從事電網儲能的相關研究,正是因為專業的交叉性,不同學科互相配合,才能更好地推動電網儲能的研究。”金陽說。

国内精自线一二三四2021以問題為導向,解決生活中的實際問題,朝著電網儲能技術研發的方向發展,是該研究中心成立的初衷,也是一直堅持的導向。目前中心已經完成了固態電池,包括高能量密度全固態鋰硫電池的研發。“產品到消費者手中才能真正過關。從實驗室研究到真正走向產業化應用需要很長的一段距離需要跨越,還需要中試、量產階段,最后到達消費者手中。我們已經完成了實驗室研發,正在中試階段,就是為了把它推向產業化。”金陽期待科研成果產業化,盡快服務社會。

立德樹人 做學生的良師益友

“如果用三個字概括我的老師,那就是有活力。他一直都是精力充沛、干勁十足,投入實驗室的時間比我們每個學生都要多,對學生的事情就像是自己的事情一樣上心,甚至比學生還要用心。”金陽所帶的一位2017級博士生真誠地說。金陽就是學生心目中的良師益友。作為電氣工程專業本科生的班主任,他只要有機會就會跟學生分享自己的故事,在無形中引導學生養成正確的格局觀,激勵學生不斷上進、開闊視野、提升自我。在學業上,金陽老師要求學生踏實做學問,認真搞科研;在生活中,當學生有情感問題時,也會以學長的身份給予及時的關心與開導。“目前我們專業排名一二的學生都在我帶的班級里,也有本科生直接進了我們課題組,和大家一起搞科研、做實驗、發文章。”金陽老師自豪地說。

在教學過程中,金陽注重培養學生發現問題、解決問題的能力和闡述表達的能力。他鼓勵學生試錯,引導學生深入解決問題。如果學生有新的想法,哪怕只有一分的可行性,他都會拿出十分的態度去支持。即使是學生課業做得很不好,金陽也會很有耐心地給予指導,告訴學生如何糾錯,一直是循循善誘,提出建設性意見與建議。“學生來到我的課題組是來學習的,不是為了完成任務,等他走時能感覺得各方面收獲很多,自己的存在感和價值感有所提升,這就是我的成功。”金陽說。他經常對學生諄諄教導,分享自己的實踐經驗。“實現真正的創新,經驗、機遇和運氣是密不可分的。做學術研究一定要有充分的調研,投入一定的時間與精力,不斷提高自己各方面的能力,積淀到一定的程度,創新才有了可能。同時一定要懂得尋求別人的幫助,培養良好的團隊協作和溝通能力。” 前行之路,道阻且長,師生同行,一起成長。

国内精自线一二三四2021金陽認為,自己有幸遇上這樣的時代,黨和國家給自己這代人以最好的平臺和機會來實現自我價值。生逢盛世,肩負重任,立志解決電池儲能問題是金陽的理想,立志為祖國的發展投身科研是金陽的擔當。作為一名青年教師和科研工作者,金陽堅守自己的崗位,力求在固態電池儲能領域取得新突破,他坐得住科研冷板凳,秉持“追求卓越”的鄭大精神,面向國家重大戰略,解決實際“卡脖子”問題。他說:“路是一步步走出來的。未來的事情都未可知,但是由現在走的這一步決定的,因此,我要走好眼前的每一步。”(李艷麗  胡麗麗 撰稿)

電氣工程學院青年教師金陽副教授

 

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