焦魁：以“堅持”為鑰開啟科研之門
近日，科技日報記者走進天津大學國家儲能技術產教融合創新平臺的實驗室，看到該平臺常務副主任焦魁教授正在和團隊成員探討燃料電池仿真技術。他帶領團隊研發的燃料電池全流程正向開發仿真平臺，可以幫助工程師更高效地設計和優化燃料電池，為燃料電池技術的商業化應用提供關鍵支持。
焦魁多年扎根科研一線，不斷創新、持續深耕。在前不久舉行的2024世界青年科學家峰會上，他獲得第十八屆中國青年科技獎。
堅持是科研的敲門磚
焦魁的科研之路始于2007年。當時，他碩士畢業，懷著對氫能與燃料電池領域的熱愛，選擇攻讀博士學位。
“那時候，燃料電池研究取得的進展距離商業化還有很大差距，很多問題都沒有現成的答案。”焦魁回憶道。博士期間，他選擇了質子交換膜燃料電池水熱管理這一難題作為研究方向。
后來，焦魁加入天津大學，開始深耕燃料電池領域。然而，他的科研之路并非一帆風順。
2008年到2014年是燃料電池的寒冬期：燃料電池研究經費緊張，行業前景不明朗。焦魁回憶道，“很多同行都轉型了，我也曾動搖過。”
“在我產生動搖時，內燃機燃燒學國家重點實驗室時任主任堯命發對我說，‘你如果沒有錢我可以資助，但是不要輕易換項目。’這句話讓我深受感動，讓我堅定了繼續前行的信心。”焦魁說。
經過分析，焦魁認為氫能和燃料電池技術具有獨特優勢，未來前景看好。堅定了大方向，焦魁心無旁騖地一頭扎在科研中。
在科研過程中，焦魁經常會遇到“難啃的硬骨頭”，每到這時他就特別興奮。“科研能獲得探索未知的樂趣。”焦魁認為，“科研路上的難題考驗我們的技術能力和創新精神，促使我們不斷進步和成長。每一次突破都讓我感到無比興奮和滿足。”
燃料電池的仿真技術領域一度被國外公司壟斷，我國相關技術體系并不完善。如何建立一個完整的、適用于燃料電池、電解池、鋰電池等能量轉換裝置的仿真技術體系，成了焦魁團隊面臨的最大挑戰。
通過反復實驗，焦魁團隊針對燃料電池發明了全流程，可用于正向設計的高效高精度仿真技術，其核心技術達到國際領先水平。它克服了之前仿真技術中存在的效果差、部分功能缺失等問題。
“科研就像一場馬拉松，拼的不是速度，而是耐力。”焦魁說，“在面對困境時，我會提醒自己，在科研的道路上，失敗、遇到挑戰在所難免，每一次克服困難都讓我離取得最終突破更近一步。”
焦魁深知，科研成果只有投入實際應用，才能真正推動社會進步。他帶領團隊與國內多家龍頭企業合作，將仿真技術應用于燃料電池、電解池、鋰電池等能量轉換裝置的設計和優化中。通過與一汽、上汽、濰柴、德國博世等企業的合作，他們的技術得到了驗證應用，繼而極大地推動了我國燃料電池產業的發展。
“每當想到自己的工作能夠為我國燃料電池領域的發展貢獻一份力量，我就感到非常榮幸與自豪。”焦魁對記者說。
照亮學生前行道路
除了科研工作，焦魁還承擔著教書育人的重任。
“我喜歡和學生接觸，喜歡看到他們的成長。”焦魁認為，科研人員從事教學工作，不僅能將前沿知識與創新思維融入課堂，激發學生的探索熱情；同時，還可以通過言傳身教，培養學生的科研素養和創新能力，為社會輸送高素質創新人才。這不僅是知識傳承的需要，更是科研人員承擔社會責任的體現。
焦魁非常注重因材施教，鼓勵學生提前參與科研項目，并倡導互助創新。“本科生就可以參與到我們的項目中來，提前對科研有一個直觀了解。研究生則有機會參與企業項目并成長為技術骨干。”焦魁介紹。
專業、課程、教材、教法等都是育人的核心要素。在每個方面，焦魁都盡心盡責。他主講多門課程，出版了多部教材，其中《人工智能應用導論》獲天津市精品教材建設立項，《燃料電池科學與技術》獲評天津市一流課程。
“在教學方法方面，我比較贊同課堂、實踐和競賽的一體化。通過帶領學生進入實驗室、指導科創競賽等方式，將理論知識與實際操作相結合。”焦魁說。在他的指導下，多名學生獲得了寶鋼優秀學生特等獎、天津大學學生科學獎等榮譽，并在國際會議上屢獲佳績。
“我希望可以照亮學生前行的道路，使他們勇敢地踏上探索未知的征程。”焦魁說。
聚焦氫能助力“雙碳”
“氫能是實現‘雙碳’目標的關鍵技術之一，而燃料電池則是氫能應用的核心。”作為我國燃料電池領域的領軍人物，焦魁教授深知氫能技術對國家能源轉型的重要性。
天津大學國家儲能技術產教融合創新平臺是國家發展改革委、教育部批準建設的全國首批三個國家儲能技術產教融合創新平臺之一。平臺聚焦電化學儲能、燃料儲能與應用、儲能裝備與系統、儲能安全與運維以及儲能經濟與政策五個研究中心，致力于打通儲能領域的人才鏈、創新鏈、產業鏈和供應鏈。
在科研方面，焦魁團隊聚焦燃料電池的“一體化”和“有序化”設計。傳統燃料電池的多層結構設計存在根本缺陷，限制了氣、水、電、熱的傳輸效率。為了解決這一問題，焦魁提出了流道和多孔電極的一體化設計思路，通過大幅度縮短物質傳輸路徑，減少多層結構帶來的接觸阻力，推動燃料電池超薄設計的實現。
“我們希望通過‘有序化’設計，使燃料電池中的物質傳輸更加高效，減少生產過程中的波動，從而開發出具有超高功率密度和長壽命的燃料電池電堆產品。”焦魁解釋道。這些技術突破不僅為燃料電池的商業化和產業化奠定了基礎，也為我國氫能技術提升國際競爭力提供了有力支撐。
在人才培養方面，焦魁和團隊成功打造了一個跨學科、多層次、“產學研用”融合的人才培養體系。
“我們構建了‘學科交叉、科教融匯、產教融合’的三層次實驗教學體系，并探索實踐了‘2+1+N’本研貫通培養路徑。”焦魁自豪地說。該平臺還與國家電網、中國電科、濰柴、華為、比亞迪等龍頭企業建立了密切的合作關系，構建了“1+N+X”產學研合作新模式。
“我們培養的儲能專業2021級研究生畢業后，部分繼續深造，七成進入國家電網、比亞迪、中國電建、許繼集團、特變電工等能源領域龍頭企業工作，得到了產業界的高度認可。”焦魁自豪地說。
談及未來，焦魁充滿信心。他說，平臺將繼續聚焦電化學儲能、燃料儲能、儲能系統應用、儲能安全、儲能經濟與政策等領域，推動技術的快速應用與轉移轉化。“我們將深化跨學科合作，整合各方資源，培養更多高水平的復合型人才，確保儲能技術研發能夠與產業需求緊密對接。”
“科研是一場沒有終點的旅程，但我相信，只要堅持，就一定能夠取得一個又一個突破。”焦魁說。他希望通過自己的努力，為我國的能源轉型和可持續發展作出更大的貢獻，助力“雙碳”目標的實現。
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