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第645章 氢能突破,催化剂性能跃升 (1/3)
五月八日凌晨四时,清华大学能源与动力工程系实验室。
晏惟清站在电化学工作站前,双眼紧盯着屏幕上的实时数据曲线。他保持着这个姿势已经两个小时,左手食指习惯性地在操作台边缘轻轻敲击,那是他极度专注时的下意识动作。身后的实验台旁,赵辰和三个博士生或站或坐,所有人都屏住呼吸,实验室里只有仪器低沉的嗡鸣和偶尔的键盘敲击声。
屏幕中央,一条红色曲线正在缓缓爬升,旁边标注着“电流密度(ma/cm2)”。另一条蓝色曲线代表“过电位(mv)”,正在稳步下降。这两条线的交点,就是催化剂的性能核心——在相同的电流输出下,需要多少电压驱动;或者说,在相同的电压下,能产生多大电流。
“赵辰,温度。”晏惟清声音沙哑,他已经连续工作了三十六个小时,中间只在椅子上眯了两小时。
“298k,恒温。”赵辰盯着旁边的温控系统,眼睛同样布满血丝,“晏老师,循环测试已经进行到第5000圈,活性衰减率0.8%。”
“国际同行数据呢?”晏惟清问。
“最好的非贵金属催化剂文献报道,5000圈衰减率在3-5%。”一个博士生快速翻阅笔记本电脑上的文献库,“日本丰田中央研究所去年发表的铁基催化剂,衰减率4.2%;美国阿贡国家实验室的钴基催化剂,衰减率3.7%。”
晏惟清点点头,目光重新回到屏幕。红色曲线在爬升到某个点后开始小幅振荡,但没有掉头向下的趋势。这意味着催化剂依然保持活性,没有失活。
“再跑一千圈。”他说。
“晏老师,您要不要休息一下?”赵辰看着导师发青的眼圈,“数据已经很好了,比我们预期的还要好。”
“还不够好。”晏惟清摇头,“我们要拿出去跟铂碳催化剂对标,就必须有绝对过硬的稳定性数据。铂碳催化剂在5000圈后衰减率是多少?”
“文献报道,商业铂碳催化剂在相同测试条件下,5000圈衰减率1.2%左右。”博士生回答。
“0.8%对1.2%。”晏惟清重复这两个数字,“我们在衰减率上已经赢了,但还要看绝对值——活性达到铂碳的多少百分比了?”
“刚才第5000圈时的数据计算,活性达到铂碳催化剂的94.7%。”赵辰调出计算表格,“如果衰减趋势不变,到6000圈时,应该能保持在94%以上。”
晏惟清深吸一口气,94.7%。这个数字让他心脏猛跳了一下。
三个月前,他们的最佳成绩是87%。两个月前,通过调整前驱体配比,提到了90%。一个月前,赵辰从美国回来后,团队引入了新的晶格调控思路,突破到92%。而现在,94.7%——距离林峰要求的“实验室数据达到铂碳95%”的目标,只差0.3个百分点。
但就是这0.3%,像一道天堑。
“准备第六批样品。”晏惟清直起身,颈椎发出轻微的“咔”声,“调整锰和铁的摩尔比,从1:3.5调到1:3.3。另外,退火温度再降10度,时间延长半小时。”
“晏老师,这个配比我们试过,活性会下降……”博士生提醒。
“但晶格应力会降低,可能有利于长期稳定性。”晏惟清说,“我们现在不缺活性,缺的是在超高活性下的稳定性。按我说的做。”
团队成员迅速行动起来。称量药品、配制溶液、超声分散、烘干研磨……一套流程他们已经重复了上百遍,闭着眼睛都能完成。实验室的自动移液器发出规律的“咔嗒”声,像精密的钟表在走动。
窗外天色渐亮。清华园的早晨从安静中苏醒,远处传来晨练老人的音乐声,自行车铃声,还有早鸟的啼鸣。
但实验室里的人浑然不觉。
上午八时,第六批样品制备完成。晏惟清亲自操作,将黑色粉末催化剂涂覆在碳纸电极上,放入测试槽。电解液是模拟真实燃料电池环境的0.1m高氯酸溶液,温度恒定在80摄氏度——这是车用燃料电池的典型工作温度。
测试重新开始。
这一次,红色曲线从一开始就展现出强劲的爬升势头。晏惟清紧紧盯着屏幕,手指无意识地攥紧了。
“电流密度……比上一批高5%。”赵辰的声音有些发抖。
“过电位降低8毫伏。”另一个博士生报数。
晏惟清没有说话,他的目光落在屏幕右下角的时间戳上。测试进行到第100圈时,活性计算结果显示:95.1%。
实验室里安静了一瞬,然后爆发出压抑的欢呼。一个博士生用力挥了下拳头,另一个眼眶泛红。赵辰看向晏惟清,发现导师的嘴唇在微微颤抖。
“继续测试。”晏惟清的声音出奇平静,“5000圈,不,圈。我要看它在极限条件下的表现。”
“晏老师,这个数据已经……”赵辰想说“已经够好了”。
“不够。”晏惟清转身看向团队,“孩子们,你们知道这意味着什么吗?”
所有人安静下来。
“铂碳催化剂,现在市场价是每克三千到五千元,看纯度。”晏惟清走到白板前,写下几个数字,“一辆氢燃料电池轿车,大概需要50克铂催化剂,光这一项成本就是十五到二十五万。而我们这个……”他在旁边写下另一个数字,“主要原料是铁、锰、氮、碳,都是便宜货。实验室小批量制备成本,每克不超过三百元。规模化生产后,可以降到一百元以下。”
他顿了顿:“这意味着,氢燃料电池车的成本可以降低三分之一甚至一半。意味着加氢站的建设成本可以大幅下降。意味着氢能产业化的大门,真的打开了。”
实验室里一片寂静,只有仪器还在嗡嗡作响。
“所以,这个数据不能有任何水分。”晏惟清环视年轻的研究员们,“我们要做到,让国际同行拿着放大镜看,也挑不出毛病。要让那些想卡我们脖子的人,无话可说。明白吗?”
“明白!”众人齐声回应。
上午十时,测试进行到第1000圈。活性数据稳定在95.0%-95.3%之间波动,衰减率几乎为零。
晏惟清终于松了口气。他走到窗边,推开窗户。五月的晨风带着青草香气吹进来,吹散实验室里沉闷的空气。
他拿出手机,拍下屏幕上的数据曲线,发给了温知秋。
附言:“晏-06号样品,活性95.1%,成本估算为铂碳的9.8%。稳定性测试中。”
几乎同时,手机震动,是褚砚舟发来的消息:“晏清,我们这边也有突破。新型镁基复合储氢材料,质量密度6.2wt%,室温下可逆吸放氢循环1000次,容量保持率92%。已接近商用目标。”
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