1936年，當考古學家卡維尼格發現公元前的波斯人就開始使用電池時，人們驚訝地發現古代人們使用電池很有可能是為冶煉提供動力。隨著科技的日益發展，人們似乎發現古代人的智慧總是亙古不變的真理，在真理中尋找突破口，則會促進時代的進步與文明的發展。小小的電池，經過科技的裝扮，華麗轉身走上更寬廣的舞臺。如今，固體氧化物燃料電池作為一種高效清潔的能源轉換技術，已經可以利用天然氣、煤的氣化淨化氣和生物質氣等燃料發電，發電效率可達60%以上，並具有減少二氧化碳排放的優點，得到了國內外科學家的青睞。「對於固體氧化物燃料電池來說，它的優點顯而易見，發展前景相當樂觀，但想要快速投入生產，最大的瓶頸是如何提升電池以及整個系統的穩定性。當穩定性提升了，一切困難將迎刃而解。」來自華南理工大學的教授陳宇介紹道。
豁達科研之我見
現任職於華南理工大學的陳宇主要從事固體氧化物燃料電池相關組件材料的設計合成以及其在清潔能源轉換與存儲方面的應用研究，當被問到對自己科研的評價時，陳宇最愛說的就是幸運，「沒有一路上激勵過我的老師和合作者們，我無法走到這一步」。這份豁達，說起來容易，但真正做到，要靠時間的沉澱和閱歷的積累。真正的豁達是一種開放的心態，是一種對人待事寬容大度、心胸寬闊的處世態度，並總是會用尊重事實的態度看待一切，坦然面對現實，這也是陳宇對待科研的態度。在面對一個個未知的結果時，陳宇總會努力置身其中，盡情享受過程，因為他始終相信努力一定會有收穫；當遇到瓶頸與困難時，他會用自己的所學所感重新來過，用知識與信念打開柳暗花明後的新世界。功夫不負有心人，豁達的科研理念讓陳宇在科研上即使遇到坎坷，也都能有驚無險地渡過。
針對傳統固體氧化物燃料電池陰極在高溫下的氧還原反應遲緩以及活性衰減的難題，在美國能源部「固體氧化物燃料電池核心技術」項目的資助下，陳宇採用了簡單有效的一步浸漬技術：在傳統陰極顆粒表面上塗覆一層厚度約為20mm的均勻塗層，同時在塗層上鑲嵌厚度為5nm的顆粒。相比於傳統浸漬技術得到的不穩定納米顆粒結構，這樣的做法大大地提升了陰極性能及穩定性。在進一步的實驗中，他和合作者華南理工大學的陳燕教授繼續研究該材料體系的電子結構，發現這種均勻塗層有利於提高陰極材料穩定性，納米顆粒有利於提高電子交換速率。陳宇深入研究的目的是想重複證實理論的準確性，畢竟在科研中確實是失之毫釐，謬以千裡，新發現是在他意料之外的。陳宇並沒有因此而有過多的情緒波動，他始終認為既來之則安之，一切都是努力給予的最好的安排。
攻克難關的過程是艱苦的，但也會鍛鍊科研人員強大的心臟，豁達地看待結果也許才會有更驚喜的收穫。在研究高性能納米線陰極製備與表徵的實驗中，他發現固體氧化物傳統陰極活性差，這會影響以納米材料為結構，單一構築性能優異的宏觀器件這一能源領域前沿課題的發展。陳宇運用靜電紡絲技術，突破障礙，成功製備了具有優異傳輸性能的納米線陰極。同時，具有針對性地提出使用聚乙烯醇縮丁醛溶液浸泡納米骨架的方法，增強了納米結構的強度和韌性，易於後續的器件組裝。說到科研成果，不可否認是陳宇用辛勤努力換來的，而他總在說：「我只不過是比別人幸運一點，多嘗試少計較會得到更多。」
強大的理論基礎與固體燃料電池性能研究的經驗為陳宇插上了一雙強有力的翅膀，於是他繼續向前，進行電池電極結構的優化與設計。針對氣體在傳統電池裡傳質困難的難題，陳宇採用冷凍流延技術製備了具有高孔隙率、低曲折因子的新型孔道結構的陶瓷電極，極大地改善了氣體以及電荷在電極內部的傳輸，提高了電池在高溫下運行的效率。他還以此為基礎，和合作者們結合X射線掃描成像技術成功地模擬出整個電池的較大尺度的三維結構，通過計算，得出電極的孔隙率分布以及曲折因子。另外，他和合作者們還設計了一種單原子分散催化劑，運用電極表面修飾技術，成功將其運用於電池器件中，實現了在500℃下優異並穩定的功率輸出。「其實，每次實驗我都不太看重最後的結果，努力做到最好就行。結果好只能說明我的方向是正確的，結果不好就找到新的出口，重新上路。」豁達成就了有意義的人生，也成就了固體氧化燃料電池的一次次創新科研。
不忘初心的飛馳人生
陳宇所研究的固體氧化物燃料電池是一種高效發電裝置，可將燃料的化學能直接轉換為電能，具有效率高和汙染低等優點。陳宇希望加入華南理工大學後，發展高溫電化學和固體氧化物燃料電池在清潔能源利用方面的應用，積極依託現有平臺，推廣基於固體氧化物燃料電池技術、能量轉換與存儲以及電化學合成燃料，積極尋求與相關領域的企業與工業界的合作，力爭實現技術轉化，開發新技術、新產品，大幅度提升原創能力。然而，目前阻礙固體氧化物燃料電池商業化的兩大阻力就是整個電池的衰減與成本。陳宇將努力與團隊逐一擊破。
針對電極的衰減，他將研究電極在有汙染物條件下的中毒機制，設計一系列防中毒催化劑，提高陰極材料穩定性。先進技術的結合將極大地加深人們對陰極中毒機制的理解，為未來材料的設計以及中毒策略提供理論基礎，為電池堆穩定性的提高提供借鑑。而降低成本的一個有效途徑就是降低燃料電池的操作溫度，他將設計有效催化劑，結合有效的高活性陰極，實現低溫條件下燃料電池的穩定輸出。
在科研路上的豁達之心使陳宇在人生的軌跡上不斷向前，這一次他回到了起點。夢開始的地方，有最真實的想法，不忘初心，方得始終，這也是他在海外科研的這些年裡逐漸參透的體會。
撰稿：徐 飛
（轉自《中國高新科技》雜誌2020年第11期）