新能源开启新时代丨新能源大师爱文骞丨德稻全球大师直通车

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德稻新能源大师爱文骞(John T.S. Irvine)

爱文骞(John T.S. Irvine)毕业于英国阿尔斯特大学(University of Ulster)物理化学系并获博士学位,现为英国圣安德鲁斯先进材料中心主任、英国圣安德鲁斯燃料电池公司CEO兼董事、英国工程与自然科学研究理事会(EPSRC)高级理事。此外他还担任诸多国际组织重要职务,包括欧盟固定式燃料电池的战略研究议程工作组组长、欧盟氢和燃料电池平台委员会委员、欧盟科学基金会OSSEP计划主席、欧盟研究培训机构的协调员、国际固态离子学会欧盟区委员、欧盟固体氧化物燃料电池SOFC专题网络SOFC600及REALSOFC综合项目成员、2010年欧洲固体氧化物燃料电池论坛主席、苏格兰氢能与燃料电池联合会创始人及现任主席、北苏格兰皇家化学学会秘书长。合作对象包括DSTL、劳斯莱斯、庄信万丰、谷神星电力项目、托普索燃料电池、Hexis燃料电池、萨索尔、布卢姆Haldor托普索、Acumentrics以及GS汤浅等。大师主要从事二氧化碳光电化学还原和燃料电池电极材料研究,专长于固体化学、电子导体、结构化学和高温电化学,并取得了一系列高水平的开创性研究成果。爱文骞教授在Nature, Nature Materials, Advanced Materials, Advanced Functional Materials等期刊上发表论文300余篇,获授权发明专利6项,还担任过《材料化学期刊》(Journal of Materials Chemistry)、《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)和《核能制氢国际期刊》(International Journal for Nuclear Hydrogen Production)编委。教授曾荣获英国皇家化学学会(RSC)材料化学奖和中国科学院(CAS)李薰材料科学系列讲座奖,并且获得英国皇家学会Wolfson研究优秀奖、英国皇家化学学会弗朗西斯•培根奖章、英国材料学会贝尔比奖章等。曾作为国际会议组织者和分会主席主持多次重要国际会议,并于2005年荣获英国爱丁堡皇家学会会士荣誉称号。

爱文骞教授于2012年10月加入德稻集团,成为德稻新能源大师。

【大师著作】

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《固体氧化物燃料电池:事实和数据:过去、现状和未来》

Solid Oxide Fuels Cells: Facts and Figures: Past Present and Future Perspectives for SOFC Technologies

固体氧化物燃料电池是一种高效清洁的能源转换技术,可以利用天然气、煤的气化和生物质气等燃料发电,发电效率可达到60%以上,并可减少二氧化碳排放。近年来,国内外都在研发中低温固体氧化物燃料电池技术,但是在电催化活性方面或者在运行稳定性方面达不到应用要求。爱文骞大师的《固体氧化物燃料电池:事实和数据:过去、现状和未来》一书提供清晰和准确的数据,涵盖了一些重要的课题,包括中间温度燃料电池,金属支持的燃料电池,新材料和工程解决方案,以及固体氧化物燃料电池上市所面临的一些挑战。书中简述了固体氧化物燃料电池(SOFC)在高温下工作,能够提供更大的燃料灵活性并输出更多热量,从而提高总效率。大师还在书中介绍了固体氧化物燃料电池/固体氧化物电解池的科研进展,阐述了高温下纳米颗粒在氧化物表面原位析出的优势及电催化活性评价等一系列工作,就催化材料基因工程研究方法、固体氧化物燃料电池阳极材料的发展趋势及未来的合作方向发表了观点。本书提供了稳定且有效的方式来产生清洁的电化学电力,为推动固体氧化物燃料电池的发展做出了巨大贡献。

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《调整固体氧化物燃料电池电极微结构以提高性能》

Tailoring SOFC Electrode Microstructures for Improved Performance

爱文骞大师2018年六月发表了一篇名为《调整固体氧化物燃料电池电极微结构以提高性能》(Tailoring SOFC Electrode Microstructures for Improved Performance)的论文,发表于能源材料领域国际顶级期刊《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)。固体氧化物燃料电池(SOFC)的输出性能与电极微结构之间有着紧密的构效关系,在电池的长期工作过程中,电极微结构的演变也伴随着电池性能的变化。论文中,大师提到固体氧化物燃料电池开发需要解决的关键技术挑战是性能,耐用性和成本。这三者都需要并行实现。然而,这一目标的实现却面临重重挑战,例如,往往会以耐久性为代价而实现性能的提高,这就需要在长时间操作下保证稳定性及抗降解性这两个关键参数。

现如今,人们对开发新阴极,这一能够在较低温度下运作良好,同时能够确保低成本制造的材料产生了巨大的兴趣。然而对于阳极来说,关键在于固体氧化物燃料电池(SOFC)能否以更高效率利用现有燃料,避免焦化和硫中毒,或是否能在高利用率下提高抗氧化的能力。优化新的电极材料需要大量的工艺开发,论文中提到利用溶液技术对已经优化过的电极骨架进行浸渍,这为评估新电极材料提供了一种快速有效的方法。它还可以提供低成本方法来制造新颖结构并微调已知结构。论文中所讨论的浸渍方法,不仅考虑了光谱和表面表征,并回顾了近期有关优化阴极和阳极功能的研究进展。此外,大师在论文最后引用了近期的例证,探讨了固体氧化物燃料电池中浸渍方法所面临的未来挑战和机遇。该论文针对电极的微结构及其在制备与工作过程中的稳定性展开研究,对于固体氧化物燃料电池性能的提高具有重要的理论与实践意义。

【大师团队(JTSI团队)】JTSI团队是一个由圣安德鲁斯大学(University of St Andrews)约40名专业研究人员组成的大型团队。JTSI的研究是多样化的,目前研究包括陶瓷加工、电化学、燃料电池技术、多相催化、氢、新材料、光电化学、固态离子等领域。统一的主题是能源材料。

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JTSI团队大合照

【电池领域】电池已经成为一种电化学电源的名称,它既可以是一次性的(“一次电池”),也可以是可充电的(“二次电池”)。传统上,电池实际上是单个电化学电池的集合。在最简单的情况下,在负极端有一个“阳极”,在正极端有一个“阴极”,电解质将两者分开。锂离子电池是最多产的二次电池之一。在这种情况下,锂金属形成阳极,而阴极材料可以是磷酸铁。当电路完成时,在电池负载情况下,金属锂将开始氧化,然后向磷酸铁移动,这一过程可以促进磷酸铁锂的形成和铁的还原。该过程包含着一种元素电解液,JTSI团队一直致力于电池领域电解液的研究,由于电解液材料选择非常多变,但必须保证其既能导电,又能传导穿过电池的离子,并且它们都依赖于相同的原理——具有阳极氧化和阴极还原的能力,只有这样才能保持较低的能量状态以及相应的能量释放量。

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【氢化物和储氢领域】重碱土金属(Ca, Sr, Ba)的氢化物在固态下具有较高的氢迁移率。在这些材料中流动的物质是带负电荷的氢化物离子(H-),由于其输运性质主要为离子,因此很适合作为电解质材料。而氢化物本身是一种强还原剂,因此在化学上很有价值。JTSI团队一直在研究一种涉及氢化物离子的电化学装置,该装置可以提供能源高效利用的新方法,来合成从各种元素或完全氧化的化合物中产生的氨或甲烷等基础化学物质。此外,JTSI团队也在尝试研究材料中的缺陷化学,来试图理解氢化物离子传导的机制,并且致力于研究各种掺杂策略以提高氢化物的迁移率,从而对所形成的相结构和介电性能进行表征。

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【光催化领域】太阳能是取之不尽,用之不竭的,并且更重要的是它对环境是无害的。太阳入射波几乎能够均匀地分布在世界各地,这就确保了太阳能资源的易获得性和太阳能技术的广泛适用性。利用太阳能对水进行分解和二氧化碳转化为燃料是一项非常有前途的技术,该技术下衍生的产品皆属于可再生能源,可以随时储存和运输。与光伏高昂的制造过程不同,光催化是一种“价格低廉”的太阳能利用方法。它通常在有光催化剂的水溶液中进行,此种光催化剂通常是粉末状的半固态催化剂。在这一过程中,氢、氧、甲烷、一氧化碳等气体可逐步生成,总量子效率高达56%。基于光催化技术作为在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术,JTSI团队不断地对其进行潜心研究。

【荣誉与奖项】· 1999年 英国皇家化学会拜尔比奖章· 2003年 英国皇家化学会弗朗西斯·培根奖章· 2009年 英国皇家化学会材料化学奖· 2010年 中国科学院李薰材料科学系列讲座奖· 2012-2017年 英国皇家学会Wolfson研究优秀奖· 2005年 爱丁堡皇家学会会士· 2006-2011年 英国工程和自然科学研究理事会(EPSRC)高级学者

· 2018年,荣获开尔文勋爵奖章(RSE Lord Kelvin Medal),表彰大师在能源材料研究领域的杰出贡献。

【德稻大师全球协作工作室介绍】汇聚全球数百位行业大师智慧,近十年的考察、磨砺、思考、行动,新脸谱通过行业智慧的协同效应抓准痛点,让企业与全球大师无缝连接。以创新思维及专业技术为主的教学模式,行业全局视角下的企业咨询,战略驱动下的设计服务,精准覆盖企业商业发展的各个环节,并以定制化内容满足不同商业场景需求,为中国企业提供大师级的行业解决方案。突破企业发展瓶颈,助力创新升级。

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