开启绿色存储转化新时代

范佳乐

2019年10月9日，瑞典皇家科学院宣布将2019年诺贝尔化学奖授予97岁的“锂电池之父”——美国科学家John B. Goodenough等3位科学家。这一场科学盛典，让世人的目光再次聚焦电池领域。

电池有多重要？小到手机、遥控器等小型电子产品，大到电脑、电动汽车甚至无人机……它们的正常运行都得益于电池的发展，但随着工业科技的跨越式发展，电池技术已经成为制约手机、笔记本电脑等电子设备甚至新能源汽车发展的主要因素。电池技术一旦得到突破，不亚于一次工业革命。

为突破电池技术的“天花板”，无数科学家奔赴在电池研究的各条战线上，江苏大学教授、博士生导师，燃料电池研究所副所长徐谦和他所在的团队置身其中。“我的工作主要是燃料、流液电池电化学能量的存储与转换研究，通过设计、规范、优化电池里各种解液的流动，以及质量、能量、热量、电荷的传输，达到用经济、高效的方式来实现能量存储与利用的目的。”“绿色”“经济”“高效”……徐谦及其团队多年追索的目标，其实代表了新一代能源电池的发展方向。

机会留给有所准备的人

从数值模拟的角度提出一批新颖的流动形式;用实验的方法，获取一系列比理论推导更具准确性的基本参数;较早用一种非水系的绿色类离子液体代替水系电解液，不仅扩大了电池容量，提高了速度，还避免了沉淀……“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”近几年，徐谦在数字模拟和实验两方面的创新探索，折射了他对科学的研究态度和兴趣。殊不知，他与燃料、流液电池的“缘分”，并不是一早就开始，而是中途偶得。

本科时，徐谦就读于江苏理工大学（后并为江苏大学）动力工程系热能工程专业，虽也属于能量范畴，但主要是跟锅炉、汽轮机打交道。本科毕业之后，他以专业第二名的成绩保送本校继续攻读硕士研究生，恰逢导师刚从美国东北大学带回一些关于晶体薄膜生长的新颖课题，所以他从事的是与能量并不太相关的跨界研究。凭借出色的表现，硕士毕业后他被江苏大学招揽入校并担任了1年多的教学辅导员。

在常人看来徐谦发展得顺风顺水应该顺势而行，他却感觉有点偏离本心：“日常辅导工作繁忙但却偏离科研，我还是希望能找到能给自己带来成就感的目标和方向。”为此，他时常留心一些能源方面的学术会议并积极参加。很快，改变人生轨道的机会就来了：一次去南京参会，他结识了燃料电池研究领域的名家——香港科技大学赵天寿教授。“在与他交流讨论时，他看我对能源领域很感兴趣，提出如果我英语能力过关可以考虑到香港跟他读博深造。幸运的是，此前工作之余我正好考过了雅思，从此转向燃料电池研究。”寥寥数语看似“机缘巧合”，其实机会从来只会留给有准备的人，徐谦的“幸运”就是最佳例证。

进入燃料电池这一领域之后，徐谦如入汪洋大海，无数未知的奥秘等待他去探索、揭秘。而此前在多领域积累的多学科知识为他在这一涉及工程热力学、电化学、材料等交叉学科的世界里自由探索埋下了坚实伏笔。

博士毕业在同一课题组担任博士后副研究员1年之后，接到江苏大学邀请的徐谦毫不犹豫地重回母校怀抱并进入新成立的能源研究院，成为江苏大学“青年骨干教师培养工程”青年学术带头人。对他而言，燃料电池发电很重要，但重要的还有储能，这对于缓解全球能源日趋紧张的局势至关重要，而母校恰好为他提供了合适的平台，新的探索大门亟待他去开启。2017年，徐谦又抓住“江苏省青年骨干教师海外进修项目”的机会，赴加拿大滑铁卢大学，在加拿大两院院士Xianguo Li教授课题组深造，接触到燃料电池领域的低催化剂载量应用、膜电极结构精确控制等先进技术，还结识了一批北美的研究人员。

站在液流电池研究前沿

当前，可再生能源的研究和应用推广已经上升到国家战略高度。但目前大部分可使用的可再生能源（如风能、太阳能）在能源本质上仍然是间歇性的，只有发展出有效、安全、低价和可靠的储能系统才能使可再生能源实用化。

常规电池一个主要的缺点是电极既是电池的组成结构又是活性物质贮存之处，所以电池的功率密度与存储容量是矛盾的。液流电池很好地规避了这一矛盾，所以最适合于大规模的储能应用。

迄今为止绝大多数的液流电池使用的电解液都是水系的。近几年来，通过主持国家自然科学青年基金等项目，徐谦带领团队完成了对液流电池关键传输参数的实验测定及全电池数值模拟研究，通过设计并组装一些独特的实验装置和模型获得了一系列准确可信的关键传输参数（如各价钒离子在多孔电极中包含弥散效应的有效扩散率、不同电场场强下电池的极限电流之间的差异等），相关研究为了解液流电池的传输机理提供了理论依据，为大规模的工业应用奠定了基础等。成果共发表了9篇论文，获得两项发明专利和1项实用新型专利，并在国家自然基金项目评比中获得了“优”。

虽然水系液流电池取材广泛、价格低廉，但也有先天的缺点：用水系电解液，电池的电压被限制在水的电解电压（理论值为1.23V），严重限制了液流电池的能量密度。当一种绿色的類离子液体——低共熔溶剂（DES）被提出后，徐谦就在国际上较早地把它应用于液流电池。他先后通过主持江苏省人力资源和社会保障厅“六大人才高峰”项目“液流电池低共熔溶剂电解液中的传输特性分析及传质和电化学反应过程的协同强化研究”与国家自然科学基金面上项目“低共熔溶剂中的质量-电荷传输特性分析及以其为电解液的液流电池性能改善研究”等多个DES前沿项目并取得了一系列原创成果。这些成果不但在揭示非水体系中耦合的传质与电化学过程机理上具有重要的学术意义，而且在可再生能源的高效利用方面也能发挥积极的作用。

近几年，徐谦还主持了1项泰州新能源研究院产业化专项课题，旨在进行一种快速组装可精确控温控压燃料电池测试装置开发，其创新点在于将光电池与液流电池集成在一起形成一个紧凑的器件，可以直接用太阳光给器件充电并以液流电池的形式对外供电。还与苏州一家企业合作，拟将AI技术引用于储能装置与系统。关键材料、核心部件研发及电池系统集成创新代表了一个未来新的发展趋势，也是徐谦给自己设定的努力方向之一。从原先的一路跟跑到现在开始有一些原始创新，笃定未来发展方向，徐谦和他的团队做好了砥砺前行的准备。

传承底蕴致力创新

“葑溪之西，胥江之东……山宝海涵，春华秋实，声教暨寰中……”作为一名土生土长的江南人，家乡厚重的文化积蕴和对教化的重视可以说深入徐谦的骨子里。出身书香世家的他，祖父8位子女中有6位进入大学就读，有5位从事过教师职业，其中有4位是大学老师，跟徐谦同辈的兄弟姐妹中也有很多都是教师。虽说不是早有从教的志向，但多年家庭的潜移默化让他在高校里润花著果的工作也颇有传承底蕴、致力创新的韵味。

点亮灯塔，照亮前行。时至今日，徐谦还感念那些曾经为他照亮前行的恩师：有思路开阔，经常鼓励他不要妄自菲薄的硕士导师——左然教授;有为人宽厚、为学严谨的博士导师——中国科学院院士赵天寿教授……曾经沐浴师恩茁壮成长的徐谦如今也想给学生带去同样的影响和感受。

“师者，传道授业解惑也。”在培养学生的过程中，徐谦总是亲力亲为，带实验、改论文，并结合自身经历，努力创造条件让学生参会作报告，并创造机会送他们去海外深造。难忘灯下苦读、通宵熬夜做实验时的艰辛;难忘论文投稿获得通过时的喜悦，这些科研过程的悲与乐他都会跟学生一一分享并带去启发。他所在的江苏大学能源研究院燃料电池研究所现拥有20多人的团队。作为研究所的副所长，徐谦承担了重要的组织管理和教研工作。在徐谦的影响下，“朝气蓬勃”“充满国际范儿”已经成为这支团队的一大特色。所里的几个博士后，分别来自英国、伊朗、印度、巴基斯坦等国家。每周，徐谦都会把大家聚集在一起，用自由讨论、发言的形式进行沟通交流，让大家在交流碰撞的过程中收获快乐成长。桃李不言，下自成蹊。如今，徐谦团队培养的不少学生已经成为上海大众电动汽车公司、宁德时代等大企业的骨干。

致力光电池与液流电池集成的同时，徐谦还有一个未来目标——从植物里提取出特殊的活性物质作为电池的电解液，这种不含金属的有机体系液流电池不仅可实现充、放电，而且环境友好，价格低廉。未来已来，定下目标，徐谦只顾风雨兼程。