華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院夏寶玉教授團(tuán)隊(duì)利用回收的廢舊電池將二氧化碳轉(zhuǎn)化為具有高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的甲酸，并打破多項(xiàng)世界紀(jì)錄。1月31日，團(tuán)隊(duì)研究成果“質(zhì)子交換膜系統(tǒng)中持久的CO2轉(zhuǎn)化”在《自然》刊發(fā)。
在電解二氧化碳獲得的二十余種產(chǎn)物中，甲酸在燃料電池、醫(yī)藥領(lǐng)域等都有廣泛用途。高效獲得高純甲酸，不僅能夠消耗二氧化碳，還能創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。夏寶玉團(tuán)隊(duì)歷時(shí)近五年，創(chuàng)建了質(zhì)子交換膜二氧化碳電解系統(tǒng)，讓甲酸的生成率超過(guò)93%，并能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行5000小時(shí)以上，在多項(xiàng)指標(biāo)上打破世界紀(jì)錄。
當(dāng)前電催化二氧化碳還原技術(shù)中，研究者使用的電解液大多呈堿性，相當(dāng)一部分二氧化碳會(huì)被堿性電解液吸收并生成大量碳酸鹽在電極表面沉積，大幅降低轉(zhuǎn)化效率和壽命。
采用酸性電解液就能夠極大提升轉(zhuǎn)化效率。團(tuán)隊(duì)主要成員房文生不斷嘗試，巧妙地利用回收來(lái)的廢舊電池獲得了一種鉛基耐酸腐蝕的二氧化碳還原電催化劑。全新的反應(yīng)機(jī)理讓二氧化碳在電解過(guò)程中只產(chǎn)生甲酸和少量氫氣的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了極高的轉(zhuǎn)化效率。
團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)借助水來(lái)完成氧化反應(yīng)會(huì)生成陽(yáng)極副產(chǎn)物，腐蝕系統(tǒng)中關(guān)鍵部件——質(zhì)子交換膜，進(jìn)而影響整個(gè)電解體系的性能與壽命。在能源化學(xué)領(lǐng)域多年的研究經(jīng)驗(yàn)讓夏寶玉產(chǎn)生了“以氫氣替換水”的想法。這不僅有效避免了質(zhì)子交換膜的腐蝕，大幅提高穩(wěn)定性和使用壽命，還極大地減少了系統(tǒng)的耗電量，團(tuán)隊(duì)收獲了意想不到的效果。解決種種困難后，團(tuán)隊(duì)對(duì)反應(yīng)器件構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了在3.6V槽壓下20A電流的低能耗高效益電解反應(yīng)，并能夠連續(xù)運(yùn)行5000小時(shí)以上。
團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的二氧化碳電解反應(yīng)器能在高效穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)面積與產(chǎn)量的40倍放大。按照當(dāng)前市場(chǎng)成本估計(jì)，每電解產(chǎn)生1噸甲酸將獲得244美元盈利，并有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
這無(wú)疑是“城市礦山”重要部分，變廢為寶。我雖然看不太懂，但是我關(guān)注這張照片，這是“跟著老師去創(chuàng)業(yè)”的新案例。好像還有一位留學(xué)生。
在老師的兩邊，有副教授、講師、博士、碩士，甚至本科生。當(dāng)老師的成果進(jìn)入市場(chǎng)之后，這些學(xué)生就是得力助手，擴(kuò)大產(chǎn)能的技術(shù)方代表。技術(shù)入股的技術(shù)專(zhuān)家。而且可以走向世界。不用花一分錢(qián)，就可以擁有股份。
質(zhì)子交換膜一詞，讓我想到華科的另外一件事。
作為實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)化生產(chǎn)之間的中間環(huán)節(jié)，中試被視為科技成果成功轉(zhuǎn)化的“最后一公里”。
2022年6月，武漢經(jīng)開(kāi)區(qū)與華中科技大學(xué)共建未來(lái)技術(shù)創(chuàng)新研究院，聚焦智能制造、新材料、新能源、數(shù)字經(jīng)濟(jì)等產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈深度融合。一年后，該研究院協(xié)助20個(gè)科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)完成設(shè)備搬遷、新設(shè)備采購(gòu)、中試生產(chǎn)線搭建及調(diào)試工作。
到2023年7月，固態(tài)鋰電池關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目、金屬增材制造粉末設(shè)計(jì)制備及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目、高能量密度磷酸錳鐵鋰復(fù)合正極項(xiàng)目等5條中試生產(chǎn)線也順利點(diǎn)火、試生產(chǎn)。2023年底可完成14條中試生產(chǎn)線的搭建和運(yùn)轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生一批高質(zhì)量科研成果，孵化一批高質(zhì)量企業(yè)。
其中，在2023年1月，華中科技大學(xué)多功能導(dǎo)體隔膜中試及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目正式入駐武漢經(jīng)開(kāi)區(qū)未來(lái)技術(shù)創(chuàng)新研究院中試基地，并開(kāi)始進(jìn)行產(chǎn)線搭建，起跑科技成果轉(zhuǎn)化“最后一公里”。
據(jù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、華中科技大學(xué)教授朱文介紹，該項(xiàng)目具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，對(duì)解決當(dāng)前鋰離子電池的安全問(wèn)題和提升電池的電化學(xué)性能具有重要意義。近年來(lái)，朱文教授科研團(tuán)隊(duì)不斷攻克超離子導(dǎo)體固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了離子電導(dǎo)率跨越式數(shù)量級(jí)突破，并率先開(kāi)發(fā)出第三代微納陶瓷超離子導(dǎo)體隔膜，全面取代現(xiàn)今商業(yè)化的有機(jī)高分子隔膜，產(chǎn)品覆蓋消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車(chē)動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池等領(lǐng)域。
2022年10月簽訂入駐協(xié)議后，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)立即開(kāi)展公司注冊(cè)、中試產(chǎn)線場(chǎng)地規(guī)劃設(shè)計(jì)、電池廠調(diào)研、設(shè)備定制等前期籌備工作。一年前，項(xiàng)目已完成新公司注冊(cè)、中試產(chǎn)線設(shè)計(jì)和施工方案編制等工作?！鞍凑沼?jì)劃，這個(gè)項(xiàng)目的中試生產(chǎn)線預(yù)計(jì)2024年上半年建成投產(chǎn)?！表?xiàng)目投產(chǎn)后，可年產(chǎn)正極材料30噸、導(dǎo)體隔膜15噸。
就是這張照片，讓我提出了“跟著老師創(chuàng)業(yè)”的觀點(diǎn)。講課中經(jīng)常用到。
