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焦魁:我与燃料电池行业同步前进
文章来源: 网易天津 发布日期: 2019-09-07 浏览次数: 2974

焦魁:“海阔凭鱼跃,天高任鸟飞”,作为“海归”人员中的一分子,我真切感受着我们的国家和行业在进行着深刻的变化,很荣幸能够见证祖国伟大复兴的历史进程并亲身参与其中。作为一名为燃料电池产业化奋斗的科研工作者,我衷心感谢国家对新能源汽车产业的扶植,也为燃料电池行业这几年的巨大进步感到欣喜。接下来我将从个人角度,聊一聊从回国前夕到现在7年间,自身同燃料电池行业和祖国共同发展进步的历程。


叩响燃料电池研究大门满载归来

我的父母很注重教育,在我比同龄孩子小一年的时候就让我进了小学,而且我们小学是五年制。高二时,又在父母的支持下,出国留学。我于2005年、2007年分别获得加拿大温莎大学的本科和硕士学位,2011年获得加拿大滑铁卢大学博士学位,求学期间一直从事燃料电池的研究工作。燃料电池是一种直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程的能量转换装置,不受卡诺循环限制,因而能量转化效率高,且无噪音,无污染,正在成为理想的能源利用方式。与燃料电池的结缘是在大三,我开始在周彪老师实验室从事此方面的研究工作。4年后进入滑铁卢大学读博时,我已经积累了一定的研究成果和经验,并决心在燃料电池水热管理方面进行更深入的探索。如今十余年过去,水热管理已经成为燃料电池产业化的关键技术之一。

随着毕业日期越来越近,留在境外还是学成归国,这个从出国开始就萦绕在无数留学生心中的问题,也开始不断地出现在我脑海。在毕业前的最后一年,我一直在思索,自己当初是抱着何种目的出国学习?什么理由能值得舍弃故土留在国外?又会因为什么学成后归国发展?其实与周围的同学朋友以及有经验的前辈聊天,包括自己观察了解到的方方面面,很容易能总结出三个问题的可能答案,只不过对于不同的学子,自身的特点以及关心在乎的东西不同会导致他们做出不同的选择。那么对于我自己,我是如何在最后坚定了回国的决心呢?

从就业环境来说,2011年国内整个燃料电池行业的发展情况还很滞后,国家政策不明朗,投资成本高和短期无法盈利使企业均处于观望状态,研究经费申请困难让科研机构望之却步,回国发展无疑是需要勇气,而留在行业发展已经颇为成熟且市场潜力较大的北美,似乎是一个能够更容易做出的选择。

当时也有专家提醒我,你在国内研究燃料电池,如何申请科研经费?但也许正是这个选择来得太轻易让我毕业前有时间思考得更深、更全面:其一,我当初选择出国留学无外乎两个原因,出国感受不同文化的魅力和抱着一腔“师夷长技以制夷”的热血,如果完成学业却仍留在他国,岂不与内心的坚持相悖?其二,随着环境问题的加剧,发展可持续经济和新能源产业的呼声越来越高,多年在燃料电池这个研究方向的耕耘以及看到了国外政府和企业对燃料电池的投入力度,让我能够预测燃料电池作为一种清洁和可持续的能源动力,今后必将在各个领域发光发热,中国政府在评估这一技术的潜力后,政策和资金一定会向这方面有所倾斜,此时回国为行业添砖加瓦和提前铺路,对于我自身发展未必不是一个很好的契机;其三,出于文化认同感和家庭团聚考虑,在国外定居需要承担相当大的生活环境和文化适应的心理压力,而注重父母亲情和天伦之乐是天性,另外我当时还在国内的女友也就是后来的妻子,也是我选择回国的一个重要原因。

坚定了回国的决心后,我开始思索第二个问题,去企业做产品还是去高校继续学术研究?就个人而言,我更偏爱高校的工作模式和习惯于进行基础的科学研究,而且国内企业并没有给我太多的选择余地,当时认真在做产品和填补技术空白的公司只有新源动力和神力科技等寥寥数家,整个产业链也存在严重断层,国内的燃料电池研发水平距离商业化的程度还很遥远。此外,不光是国内企业,燃料电池行业当时在国际上也只是处于示范运行阶段,产品在成本、耐久性和功率密度等方面都存在很大的进步空间,而这些方面的改善急需基础理论的发展和指导,企校合作和产学研的模式才是这个行业良性发展的道路。因此结合个人特点和行业现状种种因素,在2011年博士毕业后,我毫不犹豫地选择回国并以特聘研究员的身份来到了天津大学,在内燃机燃烧学国家重点实验室继续从事燃料电池水热管理方面的应用基础研究工作。



与学生亦师亦友建起科研队伍

2011年回国后,我在两年内依次入选了天津市首批用三年时间引进千名以上高层次人才计划、教育部新世纪优秀人才支持计划、天津大学北洋学者青年骨干教师计划北洋青年学者计划,并顺利申请到了相关的自主创新基金项目和科研经费,以及自己的第一个国家自然科学基金面上项目(科学基金最基本的资助项目类别)。

同时作为指导教师,我参与了学校能源与动力工程学科本科生的“传热学课程改革”项目,这次课程改革让我首次直接接触到了天津大学的本科生,并感受到了他们对待科学研究的认真和热情。项目完成后,我与8名有兴趣继续从事燃料电池研究的本科生一拍即合,并讨论确定了他们各自的研究方向,一起讨论,一起钻研,一年之后,学生们的科研有了进展,可以写文章了。或许是初生牛犊不怕虎,几个学生便开始用英文写起了论文。最终,夜以继日的学习和攻克难题让他们在本科毕业前陆续完成了研究任务并各自在本领域知名国际期刊上发表了学术论文。这些学生本科毕业了,最初的8个人有7个选择了继续深造。

这一成功的尝试也让我顺利地建立起了自己初期的研究队伍,可以说这两年是我成功地由学生向导师身份转变的两年,也是更深入了解燃料电池行业短板所在和发展需求,并有针对性地布局和调整自己研究方向的两年。从循规蹈矩、按部就班到独立思考、自主实践,我这个年轻的老师和更年轻的学生都感受到改革带来的压力,同时也迸发出超强的创造力。


感恩时代照亮筑梦的康庄大道

在这里,我必须再次感谢教育部、天津市政府、天津大学和天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,在我毕业时给了一个初出茅庐的“海归”学生这么好的平台和这么高的起点,并在初期缺乏经费和学生的情况下,为我逐步完善科研条件和壮大科研队伍提供了有力的帮助和支持。我特别要感谢杜青老师、尧命发老师、舒歌群老师和我的博士生导师李献国老师对我回国后的指导和帮助。燃料电池作为内燃机燃烧学国家重点实验室的一个新的研究方向,得到了实验室主任尧命发老师的大力支持。

还记得我刚回国时由于资历尚浅和国内燃料电池产业发展滞后等原因,在燃料电池方面所能获得的经费支持非常有限,很难确保团队的正常运转。而我所在的内燃机燃烧学国家重点实验室是国内内燃机行业的领军单位,如果我当时分散一些精力做一些内燃机方面的项目,应该不难获得一些科研经费的支持。但当时尧命发老师明确告诉我,做研究要专,别人只会记住你做得最好的研究成果,做的太杂,反倒没有特色。他要求我坚持燃料电池方面的研究,并且告诉我不用担心经费,他可以提供经费支持。虽然我后来自己坚持了下来,但尧老师的教诲深深地影响了我,对我后面获得一系列的科研和人才项目的支持起到了决定性的作用。

与此同时,伴随着改革开放的持续深化,政府越来越重视国内对环境问题改善、节能减排和能源结构转变的诉求,燃料电池行业作为新能源产业也因此被提上了日程。尤其是进入“十三五”规划时期,政府多部门先后出台了相关支持氢燃料电池汽车产业发展的政策和发展目标。在以国家政策为导向的背景下,国内的燃料电池行业开始迎来属于自己的春天,这在车用燃料电池领域表现得则更为明显。各大汽车厂商,包括一汽、上汽、广汽和长城等大型车企开始加大燃料电池方向的研发投入。不仅如此,一些传统内燃机行业的领军企业,如潍柴和玉柴,近几年也开始对燃料电池领域进行研发投入,一时间,国内燃料电池行业发展如火如荼。

但是除了在技术储备方面的不足意外,国内车用燃料电池领域还存在巨大的人才缺口。也是因为这个原因,我得以在回国之后的几年时间里,迅速找到实现自己人生价值的平台,为祖国在燃料电池领域的发展贡献自己的一分力量。


埋头耕耘天道酬勤七年收获颇丰

2011年进入天津大学任教以来,我个人主持的第一个比较大的燃料电池项目是2016年由大连新源动力股份有限公司承担的新能源汽车领域国家重点研发计划中的一个课题,主要负责为燃料电池电堆的设计和水热管理优化提供仿真计算支持。

随着项目的进行,我们开发的仿真模型也根据实际需要进行调整,服务于产品研发。其中解析模型可作为工具用于产品研发中的材料、结构、操作条件范围的快速筛选,二维和三维数值模型可为结构设计和控制策略提供具体的优化方案。目前此项目研发的HYMOD-300型电堆已成功突破5000小时的耐久性难关,并实现了-10℃环境下的低温启动和-40℃储存,而我的团队也在仿真计算、水热管理方面贡献了自己的力量,在降低实验成本、缩短研发时间和深入理解水热传输机理等方面起到了关键作用。

此次合作让实验室的研究成果和实际产品紧密地结合在了一起,提升了学生们的自信心,也让我对此后的研究方向有了更深刻的理解。以该项目为支撑,我开始逐步拓展自己的研究方向,由之前单纯的三维宏观燃料电池模型发展到现在的一维、二维和三维模型体系,研究尺度由微观分子尺度、介观微孔尺度到宏观大型单电池、电堆和系统尺度,研究对象从单一燃料电池部件、全电池、电堆再到整个燃料电池系统;实验方面,系统化的性能和物性测试实验室也已搭建起来并稳定运行,我们的研究团队也从刚开始的几个人发展到现在的70人。以新源动力发起的国家重点研发计划为契机,后续我又负责了一系列的新能源汽车领域的国家重点研发计划以及横向课题,我的团队所开发的燃料电池仿真模型已经应用在了一汽、上汽、新源动力、宇通等整车和燃料电池发动机研发企业。

与此同时,我也在一直坚持燃料电池基础研究方面的工作,过去5年,在WebofScience数据库以“FuelCellWaterTransport燃料电池水传输)检索,我们团队所发表的SCI论文数在全球所有高校和科研机构中排名第二,仅次于中科院(包括所有研究所),排在宾州州立大学和加州大学伯克利分校前面,而以“PEMFCSimulation(质子交换膜燃料电池仿真)检索,我们团队所发表的SCI论文数在全球所有高校和科研机构中排名第三。基于在基础研究方面的坚持和所获得的成果,我在2016年获得了国家自然科学基金“优秀青年基金”的支持,同年年底获得了“天津市青年拔尖人才”称号,并在2018年获得了霍英东青年教师奖,和英国皇家学会牛顿高级学者基金以及天津市杰出青年基金的支持。


这些年我也结识了国内许多燃料电池领域的专家学者,对于国内的燃料电池行业也有了更加深入的了解。结合自己7年来回国发展的经历,我真切地感受到,祖国的发展为自己提供了足够广阔的平台。毕竟,个人发展只有结合历史进程才能发挥出自身的最大价值。此外,在工作的这几年间,我顺利地通过了组织的考察,加入了中国共产党,以更强的责任心和使命感参与到了燃料电池行业发展和改革开放的伟大事业中。

回首改革开放历程开启未来奋斗路

回望改革开放40年的历史,那些筚路蓝缕,以启山林的故事在历经岁月沉淀之后愈发给人以智慧的启迪。

19791月邓小平访美之前的首批50多名中国学者赴美留学开始到2017年年底,据官方统计,我国累计已有519.49万人到海外学习,其中374.08万人完成学业,313.2万人选择回国发展,占已完成学业群体的83.7%。作为将世界最新信息和先进技术带回祖国的宝贵人才,海归们奋斗在科研一线,活跃在产业前沿,为祖国的发展和国际交流贡献了不可忽视的力量。与此同时,今天快速发展的祖国也为海归个人发展提供了一个实现人生抱负和自我价值的广阔平台。

40年的发展历史已经无数次证明了以党的十一届三中全会为标志的改革开放的正确性。在这40年时间里,中国历经从计划经济到商品经济再到市场经济的探索,从无到有构建了具有中国特色的社会主义市场经济并不断自我完善。40年砥砺奋进,40年春风化雨,中国人民用双手书写了国家和民族发展的壮丽史诗。正如习近平总书记所指出的:今天的中国,前所未有地靠近世界舞台中心,前所未有地接近实现中华民族伟大复兴的目标,前所未有地具有实现这个目标的能力和信心。

中国没有停下发展的步伐,而是以更加挺拔的姿态稳步向前。2016年的《中国制造2025》提出,坚持创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本的基本方针,通过三步走实现制造强国的战略目标。在这一发展理念下,人才的作用无疑至关重要,国家开始注重全方面吸引海外人才为国效力。以高校为例,国家和地方青年千人计划的实施给海外留学人才提供了一个绝佳的归国平台,充足的启动经费和后勤保障正吸引着越来越多的青年人才加入到祖国的建设事业中。最后,衷心祝愿祖国越来越好,祖国的青年越来越好。


公 告
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