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燃料電池技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在與新材料的開發(fā)，基于材料的優(yōu)化得到更好的燃料電池產(chǎn)電輸出性能。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于固態(tài)離子理論，設(shè)計(jì)了一系列燃料電池電極新材料及新結(jié)構(gòu)，以提高電池輸出性能為目的，開發(fā)了一系列高性能的陽極功能材料，陰極層材料與新結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目取得完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)，申請(qǐng)發(fā)明專利15件，授權(quán)發(fā)明專利8件。

項(xiàng)目簡介： 項(xiàng)目內(nèi)容及規(guī)模： 本項(xiàng)目將廢塑料進(jìn)行熱解得到燃油然后脫除雜質(zhì)，油品質(zhì)量得到 了明顯改善，達(dá)到燃料油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。初步實(shí)施預(yù)計(jì)年生產(chǎn)規(guī)模 2000- 5000 噸。 市場分析： 本項(xiàng)目解決了廢塑料處理過程的困難，燃燒后嚴(yán)重污染大氣環(huán)境的問題，能夠產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣泛的應(yīng)用前景。 投資估計(jì)： 預(yù)計(jì)投資 100 萬。 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益： 預(yù)計(jì)年銷售額 1000 萬，年產(chǎn)生效益 200 萬。 科研技術(shù)優(yōu)勢(shì)： 本項(xiàng)目具有投資少，操作成本低的特點(diǎn)，還可以應(yīng)用于其它有機(jī) 固廢回收利用，制備燃料油和可燃?xì)獾母鱾€(gè)領(lǐng)域。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心及化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院的曾杰教授團(tuán)隊(duì)和國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室鮑駿教授團(tuán)隊(duì)合作，通過精準(zhǔn)的氧化刻蝕，調(diào)控鈀鉑合金的形貌和組分，設(shè)計(jì)并構(gòu)筑出了超立方體框架結(jié)構(gòu)催化劑，其在氫氧燃料電池陰極反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性。研究成果以 “Pd-Pt Tesseracts for the Oxygen Reduction Reaction”為題發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》上（J. Am. Chem.Soc. 2021,doi.org/10.1021/jacs.0c12282）。該研究團(tuán)隊(duì)受三維立方體向四維超立方體演變的啟發(fā)，將鈀鉑均勻合金立方體進(jìn)行氧化刻蝕，通過精準(zhǔn)調(diào)控鈀原子的去除和余下鈀原子與鉑原子的重排，得到鈀鉑合金超立方體框架結(jié)構(gòu)（圖 1）。此外，通過調(diào)節(jié)初始立方體中鈀、鉑兩種元素的比例，還可以得到八足體和立方框架結(jié)構(gòu)。在氫氧燃料電池陰極催化測試中，立方框架結(jié)構(gòu)、超立方體結(jié)構(gòu)和八足體結(jié)構(gòu)的單位質(zhì)量活性分別達(dá)到了商用鉑碳催化劑的 4.1 倍，11.6 倍和 8.3 倍。此外，超立方體結(jié)構(gòu)催化劑還表現(xiàn)出了最高的本征活性（2.09 安培每平方厘米）和優(yōu)異的性能穩(wěn)定性。密度泛函理論計(jì)算表明超立方體表面晶面的氧吸附能最接近于理論最優(yōu)值，這一趨勢(shì)與實(shí)際測試的氧還原活性順序相一致。這種新的超立方體框架催化劑設(shè)計(jì)理念為今后相關(guān)電催化劑的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

本實(shí)用新型公開了一種液體燃料噴霧擴(kuò)散燃燒特性研究系統(tǒng)。包括定容燃燒彈彈體、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、點(diǎn)火模塊、加熱模塊、高壓共軌系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、紋影成像系統(tǒng)、激光診斷系統(tǒng)、電控單元。本實(shí)用新型可以研究不同初始?jí)毫蜏囟认拢煌后w燃料的噴霧擴(kuò)散燃燒特性。實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用點(diǎn)火模塊將預(yù)先充入在定容燃燒彈內(nèi)的預(yù)混可燃?xì)怏w點(diǎn)燃，在定容彈內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的環(huán)境以模擬柴油機(jī)壓縮上止點(diǎn)附近缸內(nèi)高溫、高壓的環(huán)境，在定容彈壓力下降到設(shè)定值時(shí)，控制單元控制噴油器將高壓燃油噴入定容彈內(nèi)，燃油在定容燃燒彈內(nèi)迅速霧化并被壓燃，利用紋影成像系統(tǒng)同步記錄燃油壓燃燃燒火焰?zhèn)鞑ミ^程，結(jié)合激光診斷技術(shù)研究不同液體燃料的噴霧擴(kuò)散燃燒特性。

01. 成果簡介 近年來，隨著氫能利用技術(shù)發(fā)展逐漸成熟，應(yīng)對(duì)氣候變化壓力持續(xù)增大，以及氫能市場前景巨大，氫能在世界范圍內(nèi)備受關(guān)注，世界發(fā)達(dá)國家均將氫能及綜合應(yīng)用作為未來能源發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。燃料電池汽車融合了內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，不僅具有零排放、高效與高功率密度的優(yōu)勢(shì)，而且續(xù)駛里程足夠長，被業(yè)界公認(rèn)為是新能源汽車的發(fā)展趨勢(shì)。經(jīng)過北京奧運(yùn)會(huì)23輛、上海世博會(huì)的196輛燃料電池汽車的批量示范驗(yàn)證和多輪技術(shù)迭代優(yōu)化，燃料電池汽車開始進(jìn)入交通運(yùn)輸領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，從2013年開始，歐、美、日、韓的燃料電池汽車相繼上市銷售。與國外發(fā)展路徑不同，我國從燃料電池商用車切入推進(jìn)氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，氫燃料電池商用車已實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)并在上海、北京、河北、廣東等地示范運(yùn)營。氫能行業(yè)迎來了產(chǎn)品孕育的發(fā)展機(jī)遇。 膜電極作為燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，代表企業(yè)如美國GORE公司、英國Johnson Matthey公司。本項(xiàng)成果提供了一種制備膜電極的技術(shù)，創(chuàng)新點(diǎn)為：1）采用“熱定型法”工藝制備催化層，優(yōu)化電化學(xué)三相界面和促進(jìn)多相傳質(zhì)，解決了傳統(tǒng)膜電極性能低、壽命短瓶頸問題；2）發(fā)明了將質(zhì)子交換膜和催化層封裝在氣體擴(kuò)散層內(nèi)的一體化膜電極產(chǎn)品，提升了燃料電池的一致性和可靠性,并提高了電堆生產(chǎn)效率。該項(xiàng)成果已應(yīng)用于示范項(xiàng)目，應(yīng)用情況良好。性能指標(biāo)：1）面電導(dǎo): >40S/cm22）拉伸強(qiáng)度: >35MPa3）H2滲透率:<2mA/cm24）0.6V@2.5A/cm2 (測試條件：1.5atm,70℃,空氣計(jì)量數(shù)2.3,濕度80%)5）壽命:20000小時(shí)（加速老化法,10%性能衰減）02. 應(yīng)用前景 燃料電池03. 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 本項(xiàng)成果已申請(qǐng)專利22項(xiàng)。04. 團(tuán)隊(duì)介紹 團(tuán)隊(duì)在燃料電池應(yīng)用研究方面已有超過20年的技術(shù)積累，在技術(shù)開發(fā)和成果轉(zhuǎn)化過程中，先后獲得“第十九屆全國發(fā)明展覽會(huì)發(fā)明獎(jiǎng)”金獎(jiǎng)、北京市第三屆發(fā)明專利獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、“清華大學(xué)科研成果推廣應(yīng)用效益獎(jiǎng)”二等獎(jiǎng)、“第十屆國際發(fā)明展覽會(huì)發(fā)明獎(jiǎng)”金獎(jiǎng)、湖北省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。負(fù)責(zé)人為副教授、博士生導(dǎo)師，累計(jì)在多個(gè)國際權(quán)威期刊上發(fā)表SCI論文96多篇，申請(qǐng)發(fā)明專利60余項(xiàng)。05. 合作方式 技術(shù)許可。06.聯(lián)系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn wangcheng@tsinghua.edu.cn

成果簡介：該技術(shù)是指以柴油機(jī)為平臺(tái)的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)多點(diǎn)電噴電子控制系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在燃用柴油時(shí)，可將天然氣切斷；燃用天然氣時(shí)，需少量柴油起點(diǎn)火作用。對(duì)柴油機(jī)需要進(jìn)行壓縮比的改造，并加裝各種電控傳感器和執(zhí)行器。電控單元以16位單片機(jī)為核心控制天然氣的多點(diǎn)噴射，外接端口具備串口通訊和CAN總線。 項(xiàng)目來源：自行開發(fā) 技術(shù)領(lǐng)域：先進(jìn)制造 應(yīng)用范圍：柴油機(jī)廠 現(xiàn)狀特點(diǎn)：天然氣對(duì)柴油的替代率平均不少于80%，達(dá)到國內(nèi)外同類機(jī)型的水平。 成

節(jié)能和環(huán)保是綠色社會(huì)的主要議題，發(fā)展取代化石燃料的新能源技術(shù)迫在眉睫。鋅-空氣電池是一種化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，由于其理論能量密度高、安全性高、價(jià)格低廉以及環(huán)保等優(yōu)勢(shì)有望彌補(bǔ)鋰離子電池的缺陷而成為下一代新能源電池。柔性可穿戴電子器件是5G時(shí)代先進(jìn)制造業(yè)的重點(diǎn)研究方向，尤其是便攜式電子產(chǎn)品正朝著超薄、集成、靈活的可穿戴設(shè)備方向發(fā)展。作為一個(gè)新興領(lǐng)域，柔性鋅-空氣電池符合可穿戴電子設(shè)備的要求，發(fā)展?jié)摿薮蟆?柔性電池是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，柔性鋅空氣電池的容量和能量密度等關(guān)鍵參數(shù)很大程度上取決于催化劑和正極材料。團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)電池正極材料這一難題，積極自主研發(fā)，致力于發(fā)展具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的下一代新型高容量柔性鋅空氣電池。目前，團(tuán)隊(duì)制備的高容量/耐低溫柔性鋅空氣電池可用于穿戴的智能電子產(chǎn)品，病人植入式監(jiān)測、追蹤和定位的醫(yī)療器械、物聯(lián)網(wǎng)智能標(biāo)簽、環(huán)境傳感器、助聽器等等。

1 成果簡介作為一種清潔、高效的能量轉(zhuǎn)換裝置， 燃料電池是各種電化學(xué)電池體系中的理論比能量“ 絕對(duì)冠軍”， 而且功率密度高、電流密度大， 是最先進(jìn)的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)之一。燃料電池在發(fā)電過程中，除了提供電能以外，還會(huì)產(chǎn)生廢熱。所以傳統(tǒng)燃料電池電堆中，單片燃料電池之間通常設(shè)有冷卻板，需要采用大流量的空氣或者冷卻水來為燃料電池散熱。而燃料電池工作時(shí)需要?dú)錃庾鳛槿剂希绻詢?chǔ)氫合金作為氫源，則儲(chǔ)氫合金在釋放氫氣時(shí)會(huì)吸收熱量。 本成果將燃料電池與儲(chǔ)氫單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)的耦合，可利用儲(chǔ)氫合金來部分吸收燃料電池發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的廢熱，既解決了燃料電池水管理和熱管理的難題，又能解決儲(chǔ)氫單元放氫穩(wěn)定性的問題，還能降低燃料電池系統(tǒng)寄生功率，提高系統(tǒng)的功率密度和能量密度。表 1 中列出了耦合型燃料電池的性能參數(shù)。本成果耦合型質(zhì)子交換膜燃料電池解決了質(zhì)子交換膜燃料電池的水熱管理問題，能夠使燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，能量密度和功率密度更高。 上圖 耦合燃料電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部結(jié)構(gòu)圖2 應(yīng)用說明經(jīng)過近十年來的電動(dòng)汽車、分布式電站、電源等領(lǐng)域的廣泛示范應(yīng)用（燃料電池已經(jīng)在航天、軍事上得到應(yīng)用，燃料電池家用電源已經(jīng)在日本產(chǎn)業(yè)化），質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)的成熟度已經(jīng)逐漸被用戶所接受。目前，其商業(yè)化主要問題是價(jià)格較高（采用進(jìn)口材料成本昂貴），而本項(xiàng)目利用國產(chǎn)原材料制備燃料電池電源，燃料電池材料供應(yīng)不僅有安全保障，而且還有低成本優(yōu)勢(shì)，可望克服燃料電池高成本的商業(yè)化障礙。3 效益分析由于目前國內(nèi)外尚無同類產(chǎn)品，而且各行各業(yè)對(duì)新型電源的需求比較迫切，因此本成果具有較大的推廣空間。 如批量生產(chǎn)， 本電源價(jià)格每臺(tái)約 1500 元/千瓦。 來自政府的資金補(bǔ)助以及軍事、工業(yè)、新能源等應(yīng)用領(lǐng)域的直接采購是使燃料電池電源商業(yè)化逐漸興盛的主因。據(jù)美國市場研究機(jī)構(gòu) Pike Research 估計(jì)， 2016 年市場上的主力燃料電池產(chǎn)品功率將在 100W~2kW 之間，用于替代部分鉛酸電池和柴汽油發(fā)電機(jī)，主要應(yīng)用于船舶、 專用車、無人載具、 戰(zhàn)場支持系統(tǒng)、 備用電源、 應(yīng)急電源等。

1 成果簡介燃料電池應(yīng)用于軍事、汽車、移動(dòng)設(shè)備和家庭等領(lǐng)域。對(duì)于新生產(chǎn)的燃料電池堆，或在用的燃料電池堆，常需要了解電池堆內(nèi)各節(jié)燃料電池的一致性和膜電極情況，但是國內(nèi)外一直缺少檢測燃料電池堆膜電極的技術(shù)和測量裝置。 課題組研究出一種可方便檢測燃料電池堆膜電極狀況參數(shù)的方法和儀器。該測量儀具有如下功能和特點(diǎn)：可同步測量膜電極的催化劑有效活性面積、雙電層電容、氫滲透電流和阻抗；數(shù)據(jù)自動(dòng)采樣，結(jié)果自動(dòng)處理；可用于測量燃料電池單體和燃料電池堆，解決了以往即使檢測燃料電池單體膜電極也需要多臺(tái)測試儀器的問題，填補(bǔ)了燃料電池堆膜電極檢測儀器的空白。測量儀可用于科研中對(duì)燃料電池內(nèi)部不一致性的檢查和原因辨析，可用于對(duì)各種場合的燃料電池堆進(jìn)行現(xiàn)場檢查和老化診斷，可用作燃料電池堆初裝過程中的成組選配檢測工具。查新表明，國內(nèi)外目前尚未發(fā)現(xiàn)有相似原理的儀器，具有較大的推廣使用空間。測量儀包括硬件部分和軟件部分。研究組已開發(fā)出測量儀的初級(jí)版，參見下圖。初級(jí)版的測試軟件基于 Labview 編寫，界面簡單易操作，通過配合電腦完成測量。研究組現(xiàn)在正進(jìn)行開發(fā)測量儀器的升級(jí)版，期望其能夠脫離電腦單獨(dú)測量，更美觀，更實(shí)用。  上圖 初級(jí)版電池堆膜電極檢測儀2 應(yīng)用說明研究組應(yīng)用該方法和測量儀進(jìn)行了多次測量和研究，成果在國際國內(nèi)會(huì)議的宣傳推廣中得到了許多同行的好評(píng)，并表示有購買意向。

城市黑臭水體給群眾帶來極差的感官體驗(yàn)，嚴(yán)重影響城市形象。城市黑臭河道的治理工作已得到政府部門高度重視（國務(wù)院“水十條”、住建部《城市黑臭水體整治工作指南》）。 城市黑臭水體一般位于老居民區(qū)、早期拆遷安居房等區(qū)域，雨污分流、 污水收集等擴(kuò)建改造工程難度和政府財(cái)政資金壓力較大。 項(xiàng)目所開發(fā)的微生物治理技術(shù)，3-5 天即可消除河道黑臭現(xiàn)象，逐步凈 化水體，恢復(fù)河道健康狀態(tài)。使用時(shí)，只需向黑臭水體直接潑灑微生態(tài)制劑即可，無需曝氣、無需種植水生植物或者放養(yǎng)螺螄、魚類等水生動(dòng)物。該技術(shù)已在多地進(jìn)行實(shí)地應(yīng)用，水質(zhì)數(shù)據(jù)符合住建部要求，治理效果令人滿意。治理成本下降至 30 元/m3水體?年以下。