邢丹敏,沈阳化工大学高分子1982级校友。现任新源动力股份有限公司/燃料电池及氢源技术国家工程研究中心副总工程师。
母校培育:良师益友的教诲和社会实践的历练
在母校就读时,很多老师给邢丹敏留下了深刻的印象。辅导员邵杰老师待人和蔼,办事公正。做毕业论文时,李洙天老师悉心指导,严谨认真并十分关爱学生。邢丹敏清晰地记得:有一次自己在做实验时,由于没有经验,取用的钠干燥剂过量,李洙天老师见到后担心一旦操作不慎,会引发事故,便立刻帮助邢丹敏对干燥剂进行了妥善处理,以确保安全。邢丹敏谈到,大学期间她参加了学校团委创新开展的大学生社会实践活动,具体参与的是班级团支部揭榜承担的为自行车厂解决电镀液废液污染处理的课题。在老师的指导下,通过实践,激发了学习与科研的兴趣,对把书本知识与科研实践相结合起到了引导作用。身材较高但是身体素质不算太好的邢丹敏,在体育教研室黄振亚等教师的培训和指导下,使她对篮球、手球等体育项目产生了兴趣,身体素质有了大幅提高,并且还成为了校篮球队的替补队员。毕业工作后,单位组织排球赛、篮球赛,邢丹敏都是主力队员。邢丹敏深切感谢母校对自己的培养和教育,在学校的学习与历练,为走上工作岗位后的发展与成长奠定了坚实的基础。
新硎初试:专家名师的引路和孜孜不倦的探索
邢丹敏大学毕业分配到中国科学院大连化学物理所(以下简称:化物所),凭着对工程研究的兴趣,她选择了氮氢气体膜分离研究室。当时根据化肥工业的需要,国家科委计划引进国外的膜分离技术,但是外方把中空纤维膜制备、纤维组装密封和计算软件定为A类技术不予转让,只转让膜分离器的组装技术。以朱葆琳研究员为代表的科研人员认为,如此引进将使我国氮氢膜分离技术的工业应用永远受制于人,我们必须在“氮氢膜分离器的研制与开发”成功的基础上,迎难而进自主研发,赶超世界先进水平,承担起“七五”国家重点攻关项目“中空纤维氮氢膜分离器(II型)的研制和开发”。邢丹敏就在此时加入了这个优秀的研究团队,学术带头人、研究室主任朱葆琳研究员的高瞻远瞩和科研领路人、课题组长徐仁贤研究员的严谨务实,使她领悟到了做好科研工作,基础研究要服务于国家建设的真谛。老一代科学家的风骨正气、拼搏创新的务实精神和一丝不苟的科研态度使邢丹敏深受教育。两年的工作使她感到自己的知识深度不够,于是在1988年她考取了北京化工大学的硕士研究生,方向是高分子分离膜材料研究。1991年毕业后她又回到了大连化物所工作,即便是怀孕、生子,也没有耽误搞科研,休完产假的她马上到单位投入研究。经过课题组不懈探索,氮氢膜分离技术终于成功应用,使国内合成氨设备全部采用了国产膜材料而不再受制于进口,邢丹敏也在十多年的磨炼中成长为能够独当一面的副研究员。
2000年,邢丹敏在聆听衣宝廉院士关于燃料电池的学术报告时,了解到其中的关键材料质子交换膜还有诸多技术难题需要攻克。她很感兴趣并愿意参与其中,从此开始燃料电池领域的探索。燃料电池属于电化学发电装置,是按电化学原理将进入阳极的燃料(如氢气)和阴极的氧化剂(如空气中的氧气)中的化学能直接转化为电能。由于不经过热机过程,不受卡诺循环限制,能量转化效率高并且无污染,因此成为理想的能源利用方式。化物所对此技术的研究始于1960年代,在1970年代我国航天事业中取得巨大成功。但在1980至1990年代,由于技术和成本的原因,该技术陷入应用前景不明和缺少经费的困境,仅凭着衣院士的执着坚持才使燃料电池技术得以缓步进展。1990年代末,随着材料和技术的进步,燃料电池开始在民用领域得到重视,科技部在新能源汽车领域设立了燃料电池研究专项,衣院士领导的课题组以多年的技术积累当仁不让地承担了这一重任。
燃料电池的核心部件是质子交换膜,它必须具有高质子传导性、低气体渗透性和优良的化学稳定性,而之前采用的全氟磺酸质子交换膜气体渗透性高而且价格昂贵。邢丹敏面临的课题就是开发高性能、低成本的新型质子交换膜,从材料合成到膜制备和评价方法,从电极结构调控到电池性能考核,都要从头做起。进入新领域需要进一步丰富知识结构和提升研发能力,邢丹敏开始一边工作一边攻读在职博士研究生,期间还于2004年至2005年到德国与外国同行一起从事研究。在她看来,做科研一定要站在前沿、脚踏实地、勇于创新。经过长达8年、历尽艰辛的研发,新型质子交换膜在实验室里制作成功。
迎接挑战:义无反顾的勇气和锲而不舍的钻研
对于燃料电池这个应用学科,实验室成果只是氢燃料电池研发的第一步,更重要的是如何实现工业化生产和产业化应用,为此,2008年化物所与合作方共同投资成立了新源动力股份有限公司(以下简称:新源公司)。当得知新源公司急需突破质子交换膜材料障碍,邢丹敏意识到这是实现质子交换膜技术产业化应用的机遇,正契合了自己在这方面的理想。为此,她果断选择放弃中科院事业编制到新源公司工作。当她从化物所人事处取档案时,同事善意地提醒:从来没有人主动取档案离开的,你真的要走吗?在保待遇与做事业之间,邢丹敏想的是把事业放在前边,既然已经选择了燃料电池事业,就不能半途而废,邢丹敏毅然进入新源公司,作为副总工程师挑起了复合质子交换膜批量制造的重任。
当时,国际上燃料电池复合质子交换膜的应用研究刚起步,美国杜邦公司提供的样品只有A4纸般大小,无法支撑研发之用。邢丹敏研究团队面临诸多困难:原材料全需进口,无专用设备和现成的技术标准,要保证膜的结构均匀性、阻气性能等达到要求,只能经过无数次的试验。经历三年多的不懈努力,2012年终于建成了国内第一条复合质子交换膜+CCM膜电极生产线,实现了膜材料从均质膜向复合膜的转变和电池电极由气体扩散膜电极(GDE)向催化剂涂层膜电极(CCM)的技术跨越。以此为基础,邢丹敏和同事们把公司的燃料电池电堆产品的技术水平进行了大幅度提升。
2015年初,燃料电池汽车的开发进入快速发展期。国家在“十三五”计划中投入1.23亿元人民币专项经费,支持燃料电池电堆及关键材料和部件的开发。邢丹敏作为项目负责人,又带领团队马不停蹄地投入到提高膜电极性能、完成技术迭代、实现国产材料的应用和规模化量产等一系列纷繁复杂的研发之中。从材料研制到部件开发,由部件匹配优化出单电池,再由几百片单电池集成出不同功率级别的燃料电池电堆,最后还要根据电堆特性设计开发出匹配的空气/氢气管理系统、水热管理系统和电管理系统等,从而组成氢燃料电池动力系统。邢丹敏团队历经5年孳孳不息、千回万转的奋战,完成了全部研究任务,成功开发出具有自主知识产权的大功率车用燃料电池电堆产品,性能达到国际先进水平,有力支撑了燃料电池技术及产品的商业化应用。
不慕荣利:气定神闲的心境和不亢不卑的雍容
从2008到2018,又是风雨兼程的十年,作为公司的副总工程师,邢丹敏讲求合作,肯于付出。随着氢能和燃料电池技术商业化应用前景的逐渐显现,行业突起与专业技术人员短缺的矛盾凸显。作为在燃料电池领域拔尖的新源公司,成为众多企业和猎头公司“挖人”的目标,邢丹敏面临着又一次选择。此时,她是燃料电池的技术专家,个人家庭没有任何负担,完全可以逐利而去。然而邢丹敏想的是:公司承担的国家重点研发项目正处于升级攻坚阶段,不能辜负国家对燃料电池技术产业化的期望,关键时刻自己应该站出来承担重任。2018年9月,邢丹敏毅然决定留在新源公司并出任了公司的总工程师。她带领团队全力冲刺,于2019年初按计划完成了80KW车用金属双极板燃料电池电堆产品的开发。接下来又加紧研发高性能低铂膜电极、薄型金属双极板的设计和车用大功率燃料电池电堆的集成设计,将电堆的输出功率提升至130KW,其功率密度、耐久性和环境适应性都达到了国际先进水平,并且完成了批量制造工艺开发,建立起年产3000台的自动化生产线,氢燃料电池电堆产品已经在广汽、东风等多家整车厂得到应用验证,为我国氢能源燃料电池汽车的开发应用奠定了坚实的技术和产业基础。
回顾自己的成长过程,邢丹敏深有感触:科研是一个慢功夫,只要认准方向,下苦功夫坚持就会有收获。做事要踏实,不要只看眼前,要锲而不舍、久久为功。作为并非名校毕业的大学生,不可自卑,要在不断学习和实践中积累成长,要敢想敢干,这样在机会出现时才能够顶得上,在时代和国家需要时才能够冲在前。