近日，科技日报记者走进天津大学国家储能技术产教融合创新平台的实验室，看到该平台常务副主任焦魁教授正在和团队成员探讨燃料电池仿真技术。他带领团队研发的燃料电池全流程正向开发仿真平台，可以帮助工程师更高效地设计和优化燃料电池，为燃料电池技术的商业化应用提供关键支持。
焦魁多年扎根科研一线，不断创新、持续深耕。在前不久举行的2024世界青年科学家峰会上，他获得第十八届中国青年科技奖。
坚持是科研的敲门砖
焦魁的科研之路始于2007年。当时，他硕士毕业，怀着对氢能与燃料电池领域的热爱，选择攻读博士学位。
“那时候，燃料电池研究取得的进展距离商业化还有很大差距，很多问题都没有现成的答案。”焦魁回忆道。博士期间，他选择了质子交换膜燃料电池水热管理这一难题作为研究方向。
后来，焦魁加入天津大学，开始深耕燃料电池领域。然而，他的科研之路并非一帆风顺。
2008年到2014年是燃料电池的寒冬期：燃料电池研究经费紧张，行业前景不明朗。焦魁回忆道，“很多同行都转型了，我也曾动摇过。”
“在我产生动摇时，内燃机燃烧学国家重点实验室时任主任尧命发对我说，‘你如果没有钱我可以资助，但是不要轻易换项目。’这句话让我深受感动，让我坚定了继续前行的信心。”焦魁说。
经过分析，焦魁认为氢能和燃料电池技术具有独特优势，未来前景看好。坚定了大方向，焦魁心无旁骛地一头扎在科研中。
在科研过程中，焦魁经常会遇到“难啃的硬骨头”，每到这时他就特别兴奋。“科研能获得探索未知的乐趣。”焦魁认为，“科研路上的难题考验我们的技术能力和创新精神，促使我们不断进步和成长。每一次突破都让我感到无比兴奋和满足。”
燃料电池的仿真技术领域一度被国外公司垄断，我国相关技术体系并不完善。如何建立一个完整的、适用于燃料电池、电解池、锂电池等能量转换装置的仿真技术体系，成了焦魁团队面临的最大挑战。
通过反复实验，焦魁团队针对燃料电池发明了全流程，可用于正向设计的高效高精度仿真技术，其核心技术达到国际领先水平。它克服了之前仿真技术中存在的效果差、部分功能缺失等问题。
“科研就像一场马拉松，拼的不是速度，而是耐力。”焦魁说，“在面对困境时，我会提醒自己，在科研的道路上，失败、遇到挑战在所难免，每一次克服困难都让我离取得最终突破更近一步。”
焦魁深知，科研成果只有投入实际应用，才能真正推动社会进步。他带领团队与国内多家龙头企业合作，将仿真技术应用于燃料电池、电解池、锂电池等能量转换装置的设计和优化中。通过与一汽、上汽、潍柴、德国博世等企业的合作，他们的技术得到了验证应用，继而极大地推动了我国燃料电池产业的发展。
“每当想到自己的工作能够为我国燃料电池领域的发展贡献一份力量，我就感到非常荣幸与自豪。”焦魁对记者说。
照亮学生前行道路
除了科研工作，焦魁还承担着教书育人的重任。
“我喜欢和学生接触，喜欢看到他们的成长。”焦魁认为，科研人员从事教学工作，不仅能将前沿知识与创新思维融入课堂，激发学生的探索热情；同时，还可以通过言传身教，培养学生的科研素养和创新能力，为社会输送高素质创新人才。这不仅是知识传承的需要，更是科研人员承担社会责任的体现。
焦魁非常注重因材施教，鼓励学生提前参与科研项目，并倡导互助创新。“本科生就可以参与到我们的项目中来，提前对科研有一个直观了解。研究生则有机会参与企业项目并成长为技术骨干。”焦魁介绍。
专业、课程、教材、教法等都是育人的核心要素。在每个方面，焦魁都尽心尽责。他主讲多门课程，出版了多部教材，其中《人工智能应用导论》获天津市精品教材建设立项，《燃料电池科学与技术》获评天津市一流课程。
“在教学方法方面，我比较赞同课堂、实践和竞赛的一体化。通过带领学生进入实验室、指导科创竞赛等方式，将理论知识与实际操作相结合。”焦魁说。在他的指导下，多名学生获得了宝钢优秀学生特等奖、天津大学学生科学奖等荣誉，并在国际会议上屡获佳绩。
“我希望可以照亮学生前行的道路，使他们勇敢地踏上探索未知的征程。”焦魁说。
聚焦氢能助力“双碳”
“氢能是实现‘双碳’目标的关键技术之一，而燃料电池则是氢能应用的核心。”作为我国燃料电池领域的领军人物，焦魁教授深知氢能技术对国家能源转型的重要性。
天津大学国家储能技术产教融合创新平台是国家发展改革委、教育部批准建设的全国首批三个国家储能技术产教融合创新平台之一。平台聚焦电化学储能、燃料储能与应用、储能装备与系统、储能安全与运维以及储能经济与政策五个研究中心，致力于打通储能领域的人才链、创新链、产业链和供应链。
在科研方面，焦魁团队聚焦燃料电池的“一体化”和“有序化”设计。传统燃料电池的多层结构设计存在根本缺陷，限制了气、水、电、热的传输效率。为了解决这一问题，焦魁提出了流道和多孔电极的一体化设计思路，通过大幅度缩短物质传输路径，减少多层结构带来的接触阻力，推动燃料电池超薄设计的实现。
“我们希望通过‘有序化’设计，使燃料电池中的物质传输更加高效，减少生产过程中的波动，从而开发出具有超高功率密度和长寿命的燃料电池电堆产品。”焦魁解释道。这些技术突破不仅为燃料电池的商业化和产业化奠定了基础，也为我国氢能技术提升国际竞争力提供了有力支撑。
在人才培养方面，焦魁和团队成功打造了一个跨学科、多层次、“产学研用”融合的人才培养体系。
“我们构建了‘学科交叉、科教融汇、产教融合’的三层次实验教学体系，并探索实践了‘2+1+N’本研贯通培养路径。”焦魁自豪地说。该平台还与国家电网、中国电科、潍柴、华为、比亚迪等龙头企业建立了密切的合作关系，构建了“1+N+X”产学研合作新模式。
“我们培养的储能专业2021级研究生毕业后，部分继续深造，七成进入国家电网、比亚迪、中国电建、许继集团、特变电工等能源领域龙头企业工作，得到了产业界的高度认可。”焦魁自豪地说。
谈及未来，焦魁充满信心。他说，平台将继续聚焦电化学储能、燃料储能、储能系统应用、储能安全、储能经济与政策等领域，推动技术的快速应用与转移转化。“我们将深化跨学科合作，整合各方资源，培养更多高水平的复合型人才，确保储能技术研发能够与产业需求紧密对接。”
“科研是一场没有终点的旅程，但我相信，只要坚持，就一定能够取得一个又一个突破。”焦魁说。他希望通过自己的努力，为我国的能源转型和可持续发展作出更大的贡献，助力“双碳”目标的实现。
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