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香港科技大学机械与航空航天工程学系讲座教授、科大能源研究院院长赵天寿结合热流科学与电化学，为燃料电池开发构建了全新理论框架，获国家自然科学奖二等奖。
图：赵天寿（前排右三）与研究团队的学生们/本报记者毛依文摄
【大公报讯】记者毛依文报道：香港科技大学机械与航空航天工程学系讲座教授、科大能源研究院院长赵天寿结合热流科学与电化学，为燃料电池开发构建了全新理论框架，获国家自然科学奖二等奖。该理论能将酒精（乙醇）燃料电池性能提高四倍，若应用于手机，有望将手机使用时间翻倍。
能源问题是本世纪最具挑战性问题之一，数据显示目前全球每年电能消耗量约为14TW（太瓦），这一数字预计2050年将上升到25至30TW，而目前我们使用的煤炭、石油等多为不可再生能源。不断上升的能源消耗量与持续减少的能源储备，使人类面临巨大能源危机，因此开发高效清洁的新能源成为学界热门课题。
创全新燃料电池理论
燃料电池作为一种高效及清洁的新能源技术，可广泛应用到手机、电脑甚至汽车等，近年已成为新能源领域一个研究热点。过往燃料电池研究主要集中在电化学领域，侧重研究电池材料。作为热流科学专家，赵天寿将热流科学与电化学结合，开创了全新燃料电池理论，为促进燃料电池技术的进一步发展奠定了坚实基础。
赵天寿由2003年开始“燃料电池中多相能质传递与化学反应的相互作用机理”研究，他与团队以热流科学与电化学教程的独特方式，成功建立了燃料电池新理论框架。在此理论下，他使甲醇燃料电池性能提高了六倍，乙醇燃料电池性能提高四倍。
短时间内完成“充电”
赵教授介绍，燃料电池与传统电池最大的区别在于，它不直接储存电，而是通过注入燃料使其放电，因此可以在短时间内完成“充电”。另外，燃料电池能量密度高，能释放更多电能，同样大小的燃料电池若应用于手机 ，可使其使用时间翻倍。而除去电能，燃料电池仅产生水和热，十分环保。
那么，燃料电池需要什么燃料呢？目前赵天寿与团队主要研製出高效的甲醇燃料电池和乙醇燃料电池，其中乙醇就是我们熟悉的酒精。依赵教授新理论框架製作出的甲醇燃料电池，性能可提高六倍，乙醇燃料电池则提高四倍。赵天寿介绍，甲醇和乙醇主要来源于生物质，如桔梗、麦秆或甘蔗，经济实惠且可再生。
高效、清洁且经济的燃料电池作为解决未来能源危机一大帮手，现在并未被广泛使用。赵天寿指出，他目前研製出的燃料电池释放能量中仅3成转化为电能，其馀70%皆变为热，不能被电器使用。他将在新理论框架下进一步就提高燃料电池性能、寿命及降低成本方面做研究。
赵天寿指出，未来将?重研究乙醇燃料电池，但挑战巨大。他介绍，乙醇燃料电池研究仅有十几年歷史，但与甲醇相比，它更清洁、经济且易获取，因此是更理想的燃料。目前燃料电池尚未普及，赵教授预计尚需七八年时间燃料电池才可进入实际运用层面。
今年亦是赵天寿第二次获国家自然科学奖，2012年他凭藉“多尺度多物理场耦合的复杂系统中流动与传热质机理”同样获颁国家自然科学奖二等奖。此外，科大化学系教授杨世和联同北京大学及北京航空航天大学的教授就研究过渡金属纳米材料的突破，亦获颁2013国家自然科学奖二等奖。
