搞科研甘于坐冷板凳
——衣宝廉
院士小传
衣宝廉(1938.5.29—),男,辽宁辽阳人。燃料电池专家。2003年当选为中国工程院院士。
中国科学院大连化学物理研究所研究员。曾任全国燃料电池与液流电池标准委员会主任委员,燃料电池国家工程中心总工程师,“十五”国家“863”计划(全称“国家高技术研究发展计划”)“电动汽车重大专项”、“十一五”节能与新能源汽车总体专家组成员和燃料电池发动机责任专家。
主要从事化学能与电能的相互转化研究,是我国燃料电池研究开拓者之一。20世纪70年代,参加并领导了航天碱性燃料电池系统的研究。80年代,将燃料电池技术应用于水溶液电解工业节能和电化学传感器。90年代,作为科技部“九五”攻关和中国科学院重大项目“燃料电池技术”的负责人,组织领导了质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池的研究,在质子交换膜燃料电池技术方面取得突破性进展并形成自主知识产权。“十五”“十一五”期间,指导城市客车与轿车用燃料电池系统的研发,研制的燃料电池发动机已成功应用于北京奥运会和上海世博会示范运行的燃料电池客车与轿车。
在国内外学术刊物发表论文500余篇,申请中国发明专利200余项(其中90余项已获得授权)。先后培养博士后、博士研究生和硕士研究生30名。（图片来源于百度百科）
“要瞄准世界科技前沿,抓住大趋势,下好‘先手棋’,打好基础、储备长远,甘于坐冷板凳……”这是2018年5月28日,习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上的讲话。
在大连的两院院士中,就有一位甘愿为国家科技发展坐了10年冷板凳的人,他就是中国科学院大连化学物理研究所研究员、中国工程院院士衣宝廉。
被按下“暂停”键之后
选定对国家有用的科研项目作为方向,终生坚持,做到最好。这是衣宝廉一生所遵循的信条,因此他成为中国化学研究领域的一位传奇人物。
1967年,衣宝廉便开始进行碱性燃料电池研究。1969年,大连化物所承接了航天氢氧燃料电池研制任务,他便被选入该题目组,成为该任务总体组成员,承担起航天飞船主电源燃料电池的研究工作,成为当时最年轻的研究题目组负责人。做航天燃料电池,没有图纸,资料极其有限,这难不倒立志为国家搞科研的衣宝廉。在攻关最要紧的阶段,他带人奋战在实验室里七天七夜没回家,饭都是同事给打来的,爱人也放心不下,借送饭机会来打听他的消息。这一做就是近10年时间。在朱葆琳先生、袁权院士的领导下,攻关小组相继开发成功至今仍具先进性的静态排水、反应气路并串联、分室结构和空载两节电池实现电压调整等多项技术,并研制成功以液氢为燃料500瓦的A型电池系统和以肼分解气为燃料300瓦的B型电池系统。他具体领导了燃料电池系统与液氢和液氧分系统在北京联合试验和航天环模试验,1978年,该项目通过中国科学院鉴定,获国防科委科技成果奖三等奖两项。
正当衣宝廉准备在燃料电池研究领域进一步拓展时,1978年由于国家重大项目调整,燃料电池项目一时被中断暂停,100多人的研究团队也随之解散。而衣宝廉却坚定地看好燃料电池的发展前景。“我国能源结构是‘贫油、少气、富煤’,从保证国家能源安全、减少对化石能源依赖的角度出发,我国都要发展石油和天然气的替代能源。”倔强的衣宝廉认定了这个理,征求所里同意后,他毅然留了下来继续做燃料电池研究。这意味着该项目将得不到国家资金的大力支持,研究项目由热门变成了冷门,研究人员也要坐冷板凳了。
衣宝廉出生于一个普通农民家庭。他立志做科研,当科学家的梦想,是由高中时期偶然看到的一篇科普报道引发的。他当时看到《人民画报》一篇介绍生物化学家、中国科学院院士邹承鲁的报道,非常崇拜。其后有了奋斗目标的衣宝廉以优异成绩考入了吉林大学化学系,毕业后又考上中国科学院大连化学物理研究所研究生,投在郭燮贤院士门下学习催化化学。年轻的衣宝廉充满了激情。既然立志要为国家做出贡献,又看到了燃料电池的光明前景,就应当坚持下去,哪怕要坐冷板凳。
题目组与衣宝廉一样“死心眼”的还有五六个同事,见组长留下来了,都愿意留下来继续做。没有资金支持,就要去四处“化缘”。从1978年到1988年10年间,衣宝廉绞尽脑汁地找经费、找项目、找支持,加上所里再补助一点,这个组终于维持下来了。衣宝廉与同事们还用这些年研究航天燃料电池那些技术,去做氢传感器、气相色谱的气源等项目,不仅缓解了研究经费短缺的窘状,还成功地将燃料电池技术应用到电化学传感器等多个领域,拓展了燃料电池的广阔前景。
衣宝廉的坚守,使大连化物所不仅让燃料电池的研究项目得以延续发展,而且培养和储备了一批优秀的科研人才。1988年年末,全球石油资源供应日趋紧张,国际社会重新掀起了燃料电池的研发热潮,燃料电池研究犹如一叶搁浅的小舟重新起航了。所里这个项目渐渐地从几个人发展到后来的两个研究室、一个公司。衣宝廉和多年一起坚守的同事们加入科研团队,燃料电池研究驶上了新的航程。
机遇是成功的通行证
到20世纪90年代,走进了燃料电池研究的“春天”的衣宝廉,已经有着20年燃料电池研究的积淀,如鱼得水,开始甩开膀子,大展身手。
作为项目研究的带头人,为了使燃料电池项目得到快速发展,衣宝廉连续三次上报科技部,申请燃料电池电动汽车的专项研究课题。2001年,国家科技部最终确立了燃料电池汽车的专项课题研究,衣宝廉也被聘为国家“863”计划“电动汽车重大专项”专家组成员、燃料电池发动机责任专家。开始时,他们做车用燃料电池发动机,取得了不错的成果。但要做氢氧燃料电池,用到天上、用到水下,难度增大了。衣宝廉带领大家反复进行试验,可是一把空气换成氧气通到电池里面,电池就烧了。七八天过去了,烧坏了好几台电池,有人便想打退堂鼓。可衣宝廉毫不气馁,跟大家多次开“诸葛亮会”,见招拆招,终于将“水下用千瓦级燃料电池”研制成功了。他们先后开发出碱循环实现排水和排热的双石棉膜型燃料电池,研制成功室温氢氧复合催化剂,将燃料电池排出的尾气复合成水,满足了燃料电池在水下零排放的要求,并成功开发了适于水下应用的氢氧燃料电池系统。
在科研实验的同时,他积极编写我国开展燃料电池研究的可行性报告,报送中科院与国家科技部,推进了质子交换膜燃料电池研究进展,使质子交换膜燃料电池被列为“九五”攻关任务重点。衣宝廉和他的团队仅用了短短一年时间,就研制出我国第一台质子交换膜燃料电池,达到了国际同类产品的先进水平,并获得几十项发明专利授权,形成了我国的自主知识产权。质子交换膜燃料电池的成果,获得“九五”国家重点科技攻关优秀科技成果奖,他本人获得由国家四部委联合授予的“‘九五’国家重点科技攻关计划先进个人”称号。世界著名燃料电池企业加拿大Ballard公司的副总裁,在参观了大连化物所的电池项目后,说:“你们的燃料电池研究水平是世界第一流的。”“千瓦级质子交换膜燃料电池”被我国电化学研究泰斗查全性院士评价为:“国内首先独立开发成功的这类燃料电池系统,是我国燃料电池发展的重要里程碑。”
同时,衣宝廉依据燃料电池极化、膜透气量与开路电压的关系等理论,分析提出了在电池组运行前检测与定位不良单池的有效方法,迄今国内外尚未见有类似报道。他主持的“九五”攻关任务“熔融碳酸盐燃料电池关键部件制备与千瓦级电池”开发出的LiAlO 2 粗细粉料制备和隔膜制备技术,已具备小批量生产能力,成功组装和运行了千瓦级电池组,申报中国发明专利5项。2001年,由6台5千瓦电池组组装的30千瓦电池系统作为中巴车动力源,成功研制出我国首台燃料电池轻型客车。
燃料电池研究,是一个应用性极强的研究领域。如何让燃料电池从实验室走向大市场,从实验室里的模型研究到产业化、规模化,也是科研探索的重要方向。衣宝廉也在其间不断适应着多种角色的转变。为了促进燃料电池产业化,在科技部、中科院的支持下,2001年3月,大连化物所和4家国内企业注资5000万元,成立了中国第一家专注于燃料电池产业化的股份制企业——新源动力股份有限公司,衣宝廉出任公司董事长和总工程师。该公司旨在开发燃料电池批量生产技术和开拓市场,并承担国家电动汽车燃料电池发动机的研制等工作。2006年,上海汽车集团入股新源动力股份有限公司,极大地促进了车用燃料电池的发展。
基于大连化物所在国内外燃料电池领域的贡献和影响,2006年11月,国家发改委批准,在大连成立了举足轻重的国家燃料电池工程中心。
更让衣宝廉和一起为燃料电池拼搏的同事兴奋不已的是,2008年在北京奥运会、残奥会上运行的VIP用燃料电池汽车中,有多辆就装载了新源动力公司提供的燃料电池发动机,在66天的奥运会与残奥会的运行过程中,实现无故障运行4500公里。2009年又有16辆车到美国加利福尼亚州进行了试验。到2010年的上海世博会,参加运营的燃料电池车多达196辆。此外,这种电池车还参加了新加坡的世界青少年奥林匹克运动会。北京奥运会用的公交车在北京801路上进行了示范运行,燃料电池的功率达到80千瓦。这些成果得到科技部、汽车公司与社会公众的认同。
“十二五”期间,上汽与新源动力公司联合开发的荣威750型燃料电池轿车,进行了“创新征程——2014年新能源汽车万里行”。历时3个月,行程涵盖全国14个省、市、自治区的25个城市,超上万公里,经受了沿海潮湿、高原极寒、南方湿热、北方干燥的考验。此次示范达到了预期的目的,为国内燃料电池汽车商业化迈出了坚实的一步。
实现梦想靠奋力拼搏
衣宝廉和一代代燃料电池科研工作者,历经数十年不懈的拼搏,使中国的燃料电池研究取得了可喜的成果。尤其是在车用燃料电池技术上,我国已经掌握了燃料电池的核心技术,并经过大量的示范运行,积累了丰富经验,具备了进行大规模示范运行的条件。国内目前用于示范运行的氢燃料电池汽车已达7000多辆,以商用车为主。
由于看好燃料电池的市场前景,欧美发达国家也加大了研发的投入与力度,现在也处于市场导入阶段,并且在降低燃料电池发动机的成本,特别是电堆成本等方面,走在我国前头。我国要迎头赶上去,就需要尽快实现关键材料、电催化剂、质子交换膜、膜电极三合一、双极板等批量生产,为降低电堆成本和提高电堆一致性奠定基础。这也是衣宝廉年届八旬不肯停歇脚步的主要原因。
从当初只剩下五六个人的燃料电池研究小组,到如今的中科院重点实验室,衣宝廉的科研团队在催化剂、质子交换膜、电堆等方面,已经形成了燃料电池的自主知识产权体系。仅申报国家发明专利就超过200项。支撑衣宝廉奋斗不止的是他心中的梦想,这就是他常说的:“为国家做出贡献,在科研中有所建树。”他现在最大的梦想是盼望“在有生之年能看到燃料电池汽车在大连、在全国能跑起来,在国防军事上能用得上。让我们自己的燃料电池成果可以跟世界并驾齐驱”。这也是他几十年不计得失、潜心科研、甘愿坐科研冷板凳的乐趣。
衣宝廉知道,从全球发展来看,燃料电池车现在已经进入商业化导入期,当下的焦点就是降低成本和加快加氢站的建设。燃料电池发动机从性能、体积上可以实现与传统内燃机互换,低温适应性可以达到零下30摄氏度,行驶里程可以达到近千公里,一次加氢小于5分钟,跟燃油车效果完全一样。随着企业界的参与、产品工艺的定型、批量生产线的建立,以及关键材料与部件国产化,他相信在不久的将来,我国的燃料电池成本会得到大幅度降低。为了实现“最后一公里”,他拼了。
最近几年,衣宝廉始终在为燃料电池的推广与知识普及不遗余力:
2019年1月13日,衣宝廉在中国电动汽车百人会论坛上,针对燃料电池的安全性问题进行分析时说:“我搞了一辈子燃料电池,从来没有发生过燃烧和爆炸的事故,电堆出事情,只要把氢气切断,电堆就安全了,所以燃料电池的工作方式是内燃机的,它的安全性比锂离子电池高。”
2021年4月,衣宝廉又在中央新闻媒体访谈中疾呼,要“大力发展氢能,助力实现碳达峰、碳中和”。
衣宝廉一生认定的这一件事实在太重要了。
当前,国内外燃料电池技术发展呈现你追我赶的态势,燃料电池汽车又是氢能应用的突破口。作为一位搞燃料电池研发的科研专家,他看到了我国在这方面的差距,同时更看到了希望:国家公布的《中国制造2025》重点技术领域技术路线图中,在2025年之前,我国氢能汽车方面的制氢、加氢等配套基础设施要基本完善,燃料电池汽车实现区域小规模运行。为了推行氢能燃料电池汽车,国家还出台了相应的补贴政策。他对中国的氢燃料电池车的发展充满了必胜的信心。
“工程技术国外企业是不会告诉你的,也是学不来的,得靠自己去摸索,要有工匠精神。”衣宝廉用60余年,倾注全部心血去做一件事情,期待祖国的科技在世界上与发达国家并驾齐驱,盼望祖国大地上跑上清洁高效能源的燃料电池汽车。这个愿望,他已经看见了曙光。
