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郑大故事:研发巨型“充电宝”,让持续安全供电成为可能——记电气工程学院青年教师金阳副教授

发布时间:2021年05月26日 信息来源:党委宣传部 电气工程学院

郑大故事:研发巨型“充电宝”,让持续安全供电成为可能——记电气工程学院青年教师金阳副教授


2020年12月10日至11日,《麻省理工科技评论》全球青年科技领袖峰会暨榜单发布仪式在浙江绍兴举行。此次《麻省理工科技评论》35岁以下科技创新35人中国区榜单汇聚了国内顶尖的青年科技精英,囊括物理、生物、医学、人工智能等领域,我校电气工程学院副教授金阳因其在电网储能领域取得的成就成功入选。金阳还被评为河南省高层次人才支持计划“中原青年拔尖人才”、博狗备用网址_bodog88博狗体育_博狗官网-js121.c0m青年拔尖人才、博狗备用网址_bodog88博狗体育_博狗官网-js121.c0m校级青年骨干教师。

以问题为导向,创新电池体系

目前我们所用的电池大都是由有机电解液构成的锂离子电池,方便又高效。但任何事物都有两面性,“液态电池就是电池中加入的是有机电解液,在一些异常情况下,比如过热、过充或者碰撞针刺等,它们就会燃烧,所以说以锂离子电池为主的规模化储能电站或者电动汽车会经常会出现着火的现象。”金阳说。液态电池大规模应用于储能存在火灾和爆炸风险,并且成本较高。因此,固态电池技术越来越成为新焦点。

金阳研究的主要方向是规模化储能技术。目前,国内储能在电网侧、发电侧、用户侧均出现过不同程度的火灾事故,储能系统安全问题已然成为悬在储能行业头上的“达摩克利斯之剑”,电池储能技术路径弊端或是起火事件罪魁祸首。规模大、对安全性要求又极高,如何实现理想的储能?金阳瞄准行业问题,找准特色方向来攻坚克难,他发明了新型的固态电解质熔融锂金属电池体系,采用固态电解质代替液态电解液,增强电池的安全性;同时采用高储锂容量的硫或者硒作为正极,金属锂作为负极组装固态电解质熔融锂硫电池,以提升电芯的能量密度。

基于现有的锂离子电池储能电站安全性问题,金阳开发出了一种基于氢气探测的早期安全预警方法。电池在过充或快充等极端条件下,内部容易产生大量热量,温度升高,产生大量气体,甚至导致灾难性的火灾。若能捕获其中的氢气变化,就可以完全阻止火灾元凶“锂枝晶”的生长,既不冒烟也不发生火灾,而且比热失控早10分钟发出预警信号。这样就能留出一定的时间进行防范,如疏散人员、切断充电器等,有效防止安全事故的发生。如今这一技术已经在储能电站中实现应用。

为了攻克相关难题,金阳把自己的所有精力都放在了研究课题上,就连在睡觉前、吃饭时也在琢磨。宝贵的时间一点点流逝在实验室里,休闲娱乐、陪伴家人难以安排在工作的缝隙中。但他说:“一个人的时间和精力是有限的,选择了科学研究必须要牺牲其他的东西。”一分耕耘一份收获。在《麻省理工科技评论》全球青年科技领袖峰会暨榜单发布仪式上,颁奖词对金阳的这一发明给予这样高度评价:“这种全新电池技术的产业化应用有望改变现有电网储能行业。”

学成归国 一流建设贡献一己之力

进入电气工程领域,是缘分,也是机遇。2008年,在填报高考志愿时,他从昔日同学那里了解到了电气工程这一专业,并成功考入了博狗备用网址_bodog88博狗体育_博狗官网-js121.c0m电气工程学院,开启了他的追梦之旅。

为了学好专业知识,金阳如饥似渴地读书学习,2012年,他以专业第一名的成绩被推免至西安交通大学电气工程学院进行硕博连读的深造,师从郑晓泉教授从事电气绝缘领域的研究。2014年,金阳获得国家留学基金委资助赴美国麻省理工学院和斯坦福大学进行联合培养博士深造。在麻省理工学院和斯坦福大学交流期间,物理、化学、生物、医学……他在那里与来自各个领域的科研工作者进行思维碰撞,不同的电池储能领域激发起他的浓厚兴趣,他因此开始转入电池储能领域的研究。

考虑到自身电气工程的行业背景和电网储能的应用需求,也为了更好地发挥专业优势,在斯坦福大学导师崔屹教授的指导下,他开始了对固态电解质熔融锂金属电池体系的研究。

“要想别人不敢想的,做别人不敢做的。”“做研究就是要有创新性、挑战性和突破性,就是要树立通过自己的研究改变人类命运的崇高理念”,世界名校的熏陶深刻地影响着他,激励他不断前行。在进行科研工作时,金阳十分注重学科之间的交叉融合;在研究电池体系时,金阳也会了解其他学科特点,并根据其他领域的不同需求对自己的作品进行改进。电气工程作为一项较为传统的学科,在目前发展中遇到一些瓶颈,突破这些难题需要发展新能源、改变能源消费模式,其中最关键的一步是研究完善储能技术。而将电气工程、电化学、材料科学三个学科领域交叉利用,可以实现该技术的进一步发展。

“我是国家公派到国外去学习的,应该学成归国,为国效力。而且,我相信在国内比国外更能发挥作用。博狗备用网址_bodog88博狗体育_博狗官网-js121.c0m正处于高速发展时期,我要用实学实干为母校的一流大学建设贡献一己之力。”金阳说。2017年博士毕业后他选择留在博狗备用网址_bodog88博狗体育_博狗官网-js121.c0m工作,作为对祖国和母校最好的回馈。

2018年,在学院的支持下,“博狗备用网址_bodog88博狗体育_博狗官网-js121.c0m电网储能与电池应用研究中心”成立,金阳作为负责人之一带领团队深入电网储能与电池应用研究,希望在固态电池储能领域有所突破。目前,该研究中心已经形成为以他为核心的十余人团队。“团队成员的专业背景不尽相同,但都是从事电网储能的相关研究,正是因为专业的交叉性,不同学科互相配合,才能更好地推动电网储能的研究。”金阳说。

以问题为导向,解决生活中的实际问题,朝着电网储能技术研发的方向发展,是该研究中心成立的初衷,也是一直坚持的导向。目前中心已经完成了固态电池,包括高能量密度全固态锂硫电池的研发。“产品到消费者手中才能真正过关。从实验室研究到真正走向产业化应用需要很长的一段距离需要跨越,还需要中试、量产阶段,最后到达消费者手中。我们已经完成了实验室研发,正在中试阶段,就是为了把它推向产业化。”金阳期待科研成果产业化,尽快服务社会。

立德树人 做学生的良师益友

“如果用三个字概括我的老师,那就是有活力。他一直都是精力充沛、干劲十足,投入实验室的时间比我们每个学生都要多,对学生的事情就像是自己的事情一样上心,甚至比学生还要用心。”金阳所带的一位2017级博士生真诚地说。金阳就是学生心目中的良师益友。作为电气工程专业本科生的班主任,他只要有机会就会跟学生分享自己的故事,在无形中引导学生养成正确的格局观,激励学生不断上进、开阔视野、提升自我。在学业上,金阳老师要求学生踏实做学问,认真搞科研;在生活中,当学生有情感问题时,也会以学长的身份给予及时的关心与开导。“目前我们专业排名一二的学生都在我带的班级里,也有本科生直接进了我们课题组,和大家一起搞科研、做实验、发文章。”金阳老师自豪地说。

在教学过程中,金阳注重培养学生发现问题、解决问题的能力和阐述表达的能力。他鼓励学生试错,引导学生深入解决问题。如果学生有新的想法,哪怕只有一分的可行性,他都会拿出十分的态度去支持。即使是学生课业做得很不好,金阳也会很有耐心地给予指导,告诉学生如何纠错,一直是循循善诱,提出建设性意见与建议。“学生来到我的课题组是来学习的,不是为了完成任务,等他走时能感觉得各方面收获很多,自己的存在感和价值感有所提升,这就是我的成功。”金阳说。他经常对学生谆谆教导,分享自己的实践经验。“实现真正的创新,经验、机遇和运气是密不可分的。做bodog88博狗体育研究一定要有充分的调研,投入一定的时间与精力,不断提高自己各方面的能力,积淀到一定的程度,创新才有了可能。同时一定要懂得寻求别人的帮助,培养良好的团队协作和沟通能力。” 前行之路,道阻且长,师生同行,一起成长。

金阳认为,自己有幸遇上这样的时代,党和国家给自己这代人以最好的平台和机会来实现自我价值。生逢盛世,肩负重任,立志解决电池储能问题是金阳的理想,立志为祖国的发展投身科研是金阳的担当。作为一名青年教师和科研工作者,金阳坚守自己的岗位,力求在固态电池储能领域取得新突破,他坐得住科研冷板凳,秉持“追求卓越”的郑大精神,面向国家重大战略,解决实际“卡脖子”问题。他说:“路是一步步走出来的。未来的事情都未可知,但是由现在走的这一步决定的,因此,我要走好眼前的每一步。”(李艳丽  胡丽丽 撰稿)

电气工程学院青年教师金阳副教授

 

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