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可以量產/n成果簡介：針對我國生活垃圾的特點，項目創立了生活垃圾無分揀直接處理新技術，過程簡單、快速、無污染及綠色化；建立了生活垃圾制備沼氣、生物乙醇和生物有機肥的新技術和新工藝，實現了生活垃圾處理、能源化和資源化利用一體化。（1）原始生活垃圾無需分揀綠色處理技術。處理后的生活垃圾減量30-50％，且完全符合環境的排放標準。實現生活垃圾綠色化處理的目的；（2）清潔能源生產技術。將處理后的生活垃圾轉移到發酵罐中生產生物乙醇或轉移到密閉容器中，厭氧發酵制沼氣。實現生活垃圾變能源的目的。（3）高效生物有機

近零排放垃圾發電鍋爐及系統新技術聯合了熱解、燃燒和熔融等手段對垃圾 進行徹底無害化減容處理，利用熱解產物燃燒產生的熱量發電，對尾氣進行化學、 物理等方法處理，實現近零排放。技術過程:對垃圾中可燃成分在裂解爐中進行 熱解，產生 CH4、CO、H2 等燃氣，燃氣燃燒產生的高溫煙氣與水交換熱量產生高 溫水蒸汽，推動渦輪機發電。不可燃成分和熱解殘余固體被傳送至高溫熔融池進 行降解和高溫消毒，熱解產生的焦碳在熔池里進一步燃燒，最后在熔融池中形成 多孔狀結構，可用作吸附劑利用。技術特點包括:(1)將垃圾熱解、燃

目前，市場上的火鍋燃料以固體酒精為主，一般以甲醇、乙醇為主要原料。為了降低成本，市場上出售的多數是以甲醇為原料的固體酒精。在燃燒過程中甲醇的揮發不僅給人的眼睛帶來刺激，而且容易引起身體的不適，甚至中毒的危險。另外采用易揮發性的液體作為主要原料，給產品帶來了一些缺點，如儲存穩定性不好、易燃液體易滲漏，容易引起火災，安全性很差。針對這樣的因素，經過多年的努力，研制出一種高能固體燃料。這種燃料為純固體塊狀產品，使用安全，儲存無任何危險性，可在家庭、酒店、宿舍、辦公室使用，是目前固體酒精火鍋燃料的替代品。

近日，上海大學材料科學與工程學院教授汪宏斌團隊開發的氫燃料電池無人機及無人小車載新型金屬氫燃料電池電堆，通過進一步降低動力系統自重提高能效，使其續航時間長達2小時，滿足10000平方米空間連續作業，且搭載氣瓶充氣只需3-5分鐘，大大縮短了充電時間。 隨著新冠疫情暴發，各地防疫工作迅速展開，無人機以及無人小車廣泛應用于短途物資配送、消毒液噴灑、廣播宣傳、布控監測等多個領域。傳統機型多采用鋰電池系統作為動力，工作時長短且充電時間長，影響防疫工作效率。相較于鋰電池動力系統，氫燃料電池具有清潔環保、能量密度高、充氣快、安全等性能優勢，能夠滿足無人機及小車長時間、高強度作業。 目前，汪宏斌團隊開發的氫燃料電池無人機及小車搭載消毒裝置,已經應用于地方疫情防控工作中，形成了一套以氫燃料電池作為動力系統、高續航、高效率的“陸-空”立體無人防控系統。 浙江省金華市智能制造產業園的企業復工前夕，氫燃料電池無人機在園區內進行了全面消毒作業。此次用于消毒作業的無人機搭載了1.5Kw金屬電堆，配置了15kg消毒液，續航里程達2小時。除此之外，無人機還在金華市多個鄉鎮、街道、社區內進行了廣播宣傳和消毒作業，大大節省了防疫期間的用人成本，減少了人員聚集帶來的疫情傳播風險。點擊查看原文

1）質子交換膜燃料電池電堆 質子交換膜燃料電池是指一類以質子交換膜作為電解質的燃料電池體系，這種燃料電池也經常被稱為固態聚合物燃料電池，電池中包括質子交換膜、催化劑層、氣體擴散層、雙極板，一般將質子交換膜、催化劑層及氣體擴散層電極壓成一體，并稱為膜電極集合體。 研究組目前掌握質子交換膜燃料電池電堆的關鍵技術，包括各關鍵材料的結構、特性，并開展了大量研究實驗分析環境濕度、工作壓力、工作溫度、反應氣體條件、燃料利用率和空氣利用率等對電池電壓-電流性能的影響。已有定型產品，具備科技成果的技術轉化能力。 2）車用燃料電池系統 用燃料電池做電源驅動汽車是電動汽車的一種，其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學作用，而不是經過燃燒，直接變成電能或的。燃料電池的化學反應過程不會產生有害產物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉換效率比內燃機要高2～3倍，因此從能源的利用和環境保護方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。具備產業化技術能力。 3）軍用燃料電池系統 軍事上的應用是燃料電池最主要的也是最適合的市場之一，其最初就是作為宇宙飛船或潛艇使用的數千瓦級能源而開發的。此后,由于各國政府尤其是加拿大、美國和德國對質子交換膜燃料電池用于航空航天和軍事領域研究的重視和資助,使得其技術越來越成熟,性能日益提高。 針對軍事應用領域的潛艇動力源、通信指揮系統電源、軍事備用電源、應急照明電源以及航空航天領域等，研制一款氫能備用電源產品，采用箱柜式機體外殼，內部可根據需要配置單個或多個質子交換膜燃料電池電堆模塊，并外置多個固態氫存儲裝置，滿足各種用電需求。

小型燃料電池的基本要求應是可以室溫快速啟動、工作溫度低、壽命長、比功率和比能量高、燃料和氧化劑便宜易得、易儲存和攜帶（無毒或低毒，或者有毒物無外滲透問題）、且整體體積小等。根據燃料電池的分類及工作原理，只有低醇類質子交換膜燃料電池最接近這一要求。但質子交換膜燃料電池商品化必須解決成本和燃料兩大問題。據報，目前質子交換膜燃料電池成本已降至每千瓦數百美元，通過批量生產和提高技術水平，還有可能進一步降低成本。最理想的燃料是純氫，但儲氫材料及其安全性仍是極大困難。含一個碳的甲醇（CH3OH）在催化劑的作用下部分氧化、并經凈化制富氫，是一個理想的替代氫源，而且原有的加油系統可以共用。但甲醇蒸汽有毒（會造成眼睛失明）且甲醇易滲透污染地下水，因此，直接甲醇燃料電池必須很好地解決密封和環保處理問題。而這一困難，對于間接甲醇燃料電池就比較容易解決。所謂間接甲醇燃料電池，就是將燃料系統分開，先用甲醇催化氧化制出富氫，而后再進入電池作為燃料。

質子交換膜燃料電池(PEMFC)具有能量轉換效率高和環境友好等優點， 是電動汽車的理想動力源。但燃料電池電動汽車(FCV)的商業化，必須解決基 于碳載鉗(Pt/C)催化劑FCV的高成本問題。 自2009年美國科學家在Science雜志報道氮參雜碳納米管(NC)具有潛在 的氧還原(0RR)催化活性以來，化學家與材料科學家一直在探尋如何進一步 提高NC材料的0RR催化活性的方法，以代替目前燃料電池發動機中的Pt/C催化劑。因此，我們的研究團隊基于氮參雜石墨烯(NG)材料，在國際上首次通過 “NG分子結構一NG電導率一0RR催化活性”的關聯，找到了該科學難題的突破 點.我們在分子結構模擬的基礎上，認識到三種氮參雜NG材料中，既唳型和既 咯型具有二維平面結構，使NG保持了石墨烯原有的平面共輾大兀鍵結構，具 有良好的導電性，因而具有優異的0RR催化活性；而丁基型NG為三維空間不 平整結構，破壞了石墨烯原有的二維平面共巍大e鍵結構，導電性差，因而0RR 催化活性低。因此，有效的氮參雜應以唬唳型和?？┬蜑橹?，盡可能減少甚至 杜絕丁基型NG的形成。我們利用層狀材料(LM)的層間限域效應，通過調制LM 層間距，在LM層間插入苯胺單體，層間聚合，然后熱解的方法，獲得平面氮參雜 達90%以上的NG材料。其催化0RR的半波電位僅比Pt/C催化劑落后60mV,是傳 統方法下獲得的NG材料0RR催化活性的54倍，以該材料為正極催化劑的質子 交換膜燃料電池的輸出功率達580mW/cm ,與Pt/C催化劑的0RR活性處于同一 個數量級，為世界領先水平。我們開發的此類新型NG材料已經具備了在燃料 電池發動機中完全替代Pt/C催化劑的可能性。LM層間近乎封閉的扁平反應空間 不僅克服了傳統開放體系下合成的NG以丁基型為主，導電性差，活性低的弊病， 而且也克服了開放體系下因摻N效率低而導致合成NG成本高的問題。該研究成 果意味著，長期困擾燃料電池實用化的高成本問題將不再是瓶頸問題。

能源危機與環境污染已成為限制當今人類社會發展的兩個問題，而解決能源危機與環境污染的主要手段就是大力發展新能源技術。新能源技術中的燃料電池技術以其環境污染少，發電效率高而得到人們越來越多的重視。在燃料電池中，燃料中的化學能直接轉化為電能，發電效率不受卡洛循環限制。目前最具有應用前景的是質子交換膜燃料電池技術和固體氧化物燃料電池技術。燃料電池技術應用的關鍵在與新材料的開發，基于材料的優化得到更好的燃料電池產電輸出性能。我們基于固態離子理論，設計了一系列燃料電池電極新材料及新結構，以提高電池輸出性能為目的，開發了一系列高性能的陽極功能材料，陰極層材料與新結構，并取得自主知識產權，申請發明專利多項，目前已有9項相關專利獲得授權，在國際上發表大量學術論文。在質子交換膜燃料電池制備方面，我們開發了低成本的熱噴涂法制備質子交換膜燃料電池的技術，并取得中國發明專利的授權，獲取自主知識產權，并得到應用，成功制備了50-1000 W的質子交換膜燃料電池電池堆，并改造后應用于便攜式電源設計與分散發電。結合使用儲氫材料罐，可得到一套車用發電系統；在固體氧化物燃料電池單電池制備方面，我們開發了一套基于陽極基底流延制備、電解質與陰極層噴涂制備共燒結的單電池制備工藝，并用于制備大面積的平板固體氧化物燃料電池，并組裝了平板電池堆，得到的單電池性能優越。在前期科技部863項目的資助下，我們開發了一系列陽極功能層材料，用于以甲烷、煤層氣以及生物質氣為燃料的固體氧化物燃料電池發電，得到了較好的發電穩定性和溫度適應性。目前，我們已經開發了便攜式的質子交換膜燃料電池發電裝置，可用于便攜式供電與不間斷電源；在前期大量的工作基礎上，我們還開發了完備的固體氧化物燃料電池材料生產技術和固體氧化物燃料電池單電池制備技術，將可以為將來的燃料電池產業化與商業應用提供基礎。●應用前景： 目前燃料電池技術應用的最大障礙在于其高成本、低穩定性，隨著人們對新能源技術進步的要求不斷提高和燃料電池技術的進步，燃料電池技術應用的市場將越來越大。目前燃料電池的低成本制備在新材料開發的促進下，取得了較大進展，燃料電池技術商業化示范運行目前已在美國、日本、德國等國家開展，技術成熟之后在世界范圍內將會有更大的市場前景。

進入 21 世紀以來，電子與信息技術獲得了飛速發展，各類微小型便攜式電子產品如手機、筆記本電腦、數碼影像設備等相繼涌現出來，給人們的生活帶來了極大的便利。但是電子產品升級換代的加快和產品功能的日趨多樣化，對現有微電源系統（鋰離子電池、鎳氫電池等）性能提出越來越高的要求，電子產品設計中的電源供需矛盾日益突出，形成所謂的“能量鴻溝”（ Power Gap ）。發展新的高比能電源系統已不可避免地成為突破下一代便攜式電子產品發展瓶頸的緊迫任務?；谖C電系統（ MEMS ）技術的燃料電池微電源系統，因具有高比能、高效率、清潔環保、使用方便等突出優點而廣受關注。其理論能量密度為現有鋰離子電池 10 倍以上、能量效率可達 60~70% 、工作過程零排放、可瞬間完成燃料加注，是面向便攜式電子產品的新一代理想替代電源。

直接甲醇燃料電池（DMFC）由于使用液體甲醇作燃料，電池安全，系統簡單，運行方便，具有很廣闊的商業化前景。從目前的技術水平看，DMFC的功率密度比氫氧燃料電池低，因此這類電池更適用于小型電器中，如移動電話、筆記本電腦等。美國能源部認為用于發電站和電動汽車的大型燃料電池，商品化制造成本一定要低于$500/kW，而對應用于電子產品中的小型燃料電池，其制造成本可允許高達$2000/kW。與二次電池相比，微型或小型DMFC主要具有以下優點：（a）長時間連續提供電能；（b）充加燃料方便，它可避免二次電池充電時間長、電池記憶效應、循環壽命短等不便；（c）無污染、回收處理方便。北京科技大學在國家自然科學基金委、教育部和國家863計劃支持下，開展了熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）和直接甲醇燃料電池（DMFC）的研究開發工作：（1）Pt基非貴金屬多元合金、Pt基過渡金屬或稀土金屬氧化物催化劑；(2)甲醇溶液中穩定的輕質雙極板等材料；(3)催化劑碳載體材料；（4）膜電極及直接醇類燃料電池組樣機。