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学习之星|周城良:研究钒电池的追风少年

湖南农大校报记者中心2021-09-12 12:05:23

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研究钒电池的追风少年


人物简介:

周城良,理学院2014级应用化学一班学生,先后获“校级三好学生标兵”“优秀学生干部”“优秀团员”等荣誉称号,曾获国家励志奖学金、国家奖学金;以第一作者在国内核心期刊发表论文3篇,申报专利1项,现已被推免为湖南大学2018级应用化学专业直博生。


说起电池,生活中大多数人都知道有个锂电池,但是知道有钒电池的并不多。

钒电池全称为全钒氧化还原液流电池,是一种新型储能电池,具有可深度放电、寿命长、维护简便等优点,但是,由于钒电池在使用的过程中存在着许多需要解决的技术难题,所以一直没有在生产生活中被普及。

当前国内外许多专家团队都在相关技术领域寻找着突破,我校也有相关研究科研团队,这其中就有理学院的周城良同学。

现在,让我们一起走近这位追风少年。

周城良学的是应用化学,从高中开始他就对化学有一种特殊的偏爱。

上大学后,更是将这份兴趣延展到社会科研上,从大二加入有机合成实验组开始,周城良将自己的全部热情都倾注在实验研究上。

周城良介绍,随着社会对能源需求的增大,新型高效储能设备一直是研究的热点。

钒电池是一种基于金属钒元素的氧化还原电池储能系统,非常适用于大型静态储能,未来将被广泛应用于太阳能、风能发电储能设备、电站储能调峰以及电动汽车等领域,或将成为未来电池发展的重要方向。


“钒电池的关键部件——离子交换膜,目前使用较多的是美国杜邦公司生产的Nafion膜。但Nafion膜存在阻钒性能差,水迁移率高,价格昂贵的缺点,限制了钒电池的大规模应用,所以有必要合成一种阻钒性能优,且价格低廉的隔膜。

我从大二开始,就一直在做这方面的研究。”周城良介绍说。

目前,我国很多研究工作者都在通过不同的途径合成新型离子交换膜。在导师的指导下,周城良发现芴酮结构在电致发光领域应用较为普遍,之前隔膜领域研究较多的是磺化聚芳醚酮聚合物

周城良想,是否可以创造性地引入芴酮结构,从而得到一种新型磺化聚芳醚酮聚合物隔膜。


实验方案有了,但制备过程困难重重,实验步骤要求也十分苛刻,环境因素造成的影响也难以控制。

“关环反应”是最困扰周城良的一个步骤:反应中用到的二氯亚砜是一种对水极敏感的试剂,只要跟空气中的水蒸气接触,就会立刻发生反应,产生大量难以处理的酸气,实验产率也会大大降低。


为了解决这个问题,周城良请教导师胡峥勇,在学术交流平台向做过这类实验的前辈咨询。

最后他选择重蒸二氯亚砜,即蒸即用,并替换氮气包,改成直接用氮气钢瓶不断向反应体系鼓入氮气的方法。

在反复的实验优化中,周城良终于得到了满意的实验数据。



“一组实验是否能顺利完成,除了基本的理论知识和操作技能,经验和心态往往也是非常重要的因素,失败了不能气馁,而要在失败中寻找经验。”


最后,周城良通过各类表征手段确认了关键的中间体结构,用一年时间制备得到了他所设计的聚合物隔膜材料。

这一类聚合物隔膜主要是靠引入芴酮结构提高阻钒性能,从而提高钒电池的工作效率。


“知识重在应用,我学化学就是要把知识应用到生活中,最好能对社会产生一定的价值。”周城良这样理解他所学的专业。

大学期间,他也是这样做的,每当他看到文献和书籍中提到的一些社会问题,他都会去想是否能用化学的思维、知识去解决,周城良的善于思考让他找到了自己感兴趣的研究。

2017年,周城良以第一作者在国家核心期刊《化学与黏合》上发表论文“全钒液流电池离子交换膜研究进展”、在《广州化工》发表论文“烷基三苯胺取代的2,7-二溴芴合成研究”“树枝状咔唑基环金属铱配合物的合成及其性能”;2016、2017年连续两届获我校大学生基础实验化学竞赛一等奖;2017年获湖南省第七届大学生化学化工实验竞赛无机分析组一等奖;现在已获湖南大学2018级应用化学直博生推免资格。


       

      关于未来,周城良说:“科研的路还很长,我希望自己一直能专注做研究。期待自己以后成为专业领域的专家,能为社会做点有价值的事。”


生命在于研究


来源|湖南农业大学报

学生记者|敖丽娇、王炫茹、李世成

编辑|李世成

校审|李婷

图片来源|张蕴涵、网络

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