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可再生能源电解水制氢催化剂制备及其应用
在“双碳”目标的背景下，基于可再生能源电解水制氢是真正实现清洁氢气来源的“绿氢”技术。然而，目前制约电解水制氢产业发展的瓶颈之一是贵金属基电催化剂高昂的价格。近年来，研究者开发了多种廉价、高效的电解水阴极析氢非贵金属电催化剂，其中硫化钼（MoS2）基催化剂是迄今为止发现的析氢性能最好的非贵金属催化剂之一，其具有类铂活性。然而，这类高活性催化剂往往更易受到复杂催化反应环境因素的影响，导致催化剂表面发生重构并破坏其几何/电子结构，造成催化剂失活。
基于此，本团队提出了具有分子选择性的栅栏工程，解决了高活性Co掺杂MoS2析氢反应催化剂活性与稳定性之间的权衡问题。这一策略为设计高效、稳定的非贵金属基电催化剂的大规模应用提供了新思路。当将该MoS2基（Co-MoS2@CoS2）阴极催化材料与实验室自制的高活性钴镍双金属硒化物析氧反应阳极配对用于实验室自制的碱性电解水（AWE）双电极电解系统时，在电流密度400 mA/cm2下持续分解500 h没有明显的衰减。
随着我国进一步推进去碳化，电解水制氢有望成为能源变革的核心。在此背景下，只有大力推广电解水制氢，才能满足不断增长的绿氢需求。为此，需要大幅扩大电解水制氢装置规模，让电解水制氢在国民经济去碳化中发挥关键作用。
北京理工大学
2022-09-16
钴镍基配位聚合物的构筑及电催化析氢性能研究
配位聚合物是由无机金属中心与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。
一、项目进展
创意计划阶段
二、负责人及成员
姓名
学院/所学专业
入学/毕业时间
祝涣钧
化学与化工学院应用化学专业
2019年9月至2023年6月
吴凌志
化学与化工学院应用化学专业
2019年9月至2023年6月
郑毅
化学与化工学院应用化学专业
2019年9月至2023年6月
王梓
化学与化工学院应用化学专业
2019年9月至2023年6月
武辰禹
化学与化工学院应用化学专业
2019年9月至2023年6月
三、指导教师
姓名
学院/所学专业
职务/职称
研究方向
覃玲
化学与化工学院
副教授
多功能配位聚合物材料的合成及应用研究
四、项目简介
配位聚合物是由无机金属中心与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。它具有多样的拓扑结构，并且稀疏多孔，密度较低。这些特点使得它在吸附，催化，储能的各个方面有着优良的效果。
本项目主要目的在于合成钴/镍基配位聚合物，选择合适的有机配体与金属离子钴/镍通过配位键构筑得到钴镍基配位聚合物，利用单晶衍射、元素分析、红外光谱等方法对其结构及组成进行表征，或者通过合成和掺杂的方式，调控它的析氢性能，设计出高催化活性和稳定性、低成本的非贵金属催化剂。
项目组成员通过设计选择有机配体与金属离子，通过溶剂热方法合成了多种金属有机框架材料，并将其热解得到衍生材料。通过线性伏安扫描法等多种实验方法测试了它们的电催化性能，其中化合物Ni-MOF的初始电位为-356mV，Tafel斜率127.3 mV⋅dec-1。Co-MOF通过掺杂Zn2+后，过电位降低到-307 mV，Tafel斜率150.2 mV⋅dec-1。我们还合成了一种对金属离子（Fe3+）与抗生素（加替沙星）有明显检测效果的锌基材料，可作为多功能探针检测水中金属离子和抗生素的残余量。由于化合物没有催化位点，我们通过掺杂钴金属的方式，改善了它的电催化析氢性能，使它具有较低的初始电位(-423 mV)、较低的Tafel效率(101.9 mV⋅dec-1)和较好的循环稳定性。
项目为研究高性能和稳定性的HER电催化剂及金属离子和抗生素荧光探针材料的设计合成提供了可行的思路。
合肥工业大学
2022-07-27
一种测氢用固体电解质管的制备与成形方法
本发明公开了一种测氢用固体电解质管的制备与成形方法。该 方法采用 CaCO3、ZrO2、In2O3 原料，按照摩尔比：CaCO3：ZrO2： In2O3＝1：0.8～0.95：0.025～0.1 称取出原材料，进行湿磨混料，混 合粉料压制成直径 20～30mm，厚度为2～5mm的圆片在1000～1400℃ 下煅烧得到 CaZr1-xInxO3-α(0.05≤x≤0.2，原子比)，再将圆片压碎成 粉末，加入到熔融的石蜡、油酸和蜂蜡混合物中，用电磁搅拌器进行 搅拌，通过热压注方法成形为管状，再在高温下进行排蜡，之后在 1450～1550℃下进行最终的烧结，获得 CaZr1-xInxO3-α(0.05≤x≤0.2) 电解质管。本电解质管表面光滑、结构致密，具有较好的化学稳定性 和抗热冲击性能，能够应用于变温环境下的铝、镁合金熔体氢含量的 连续、准确测定。
华中科技大学
2021-04-13
一种无直流母线储能元件的交-交功率变换器
本发明公开了一种无直流母线储能元件的交?交功率变换器，包括直流母线连在一起的第一三相全桥电路、第二三相全桥电路和第三三相全桥电路，第一三相全桥电路的交流输入侧输入三相电源，第一滤波电容的一端、第二滤波电容的一端以及第三滤波电容的一端相连，第一滤波电容的另一端连接第一相电源，第二滤波电容的另一端连接第二相电源，第三滤波电容的另一端连接第三相电源，三相电源中的每一相电源分别通过滤波电感连接第三三相全桥电路中每一相的交流输入侧。本发明能够减小导通损耗和开关损耗，利于集成。
东南大学
2021-04-11
光导聚能高温相变储热零排放室内太阳炉
Ø 成果简介：利用取之不尽的太阳能实现民用炊事，是人们多年来的愿望。现虽有直接反射聚焦的太阳灶可用于烹饪方面，但它需要用户直接在阳光下操作，并需要及时跟踪太阳的运动轨迹，否则不能得到聚焦良好的光斑，由此给用户带来的极大不便，限制了此类装置的推广应用。本项目设计的光导聚能高温相变储能室内太阳炉利用经过特殊设计的光漏斗将太阳光收集并导入储能器中，将小通量的太阳光能，经累积产生高温热能，并在储能器中实现高温相变储存，储存温度大于180℃。需要炊事时将所储存的热量传递给储热体盘管内的导
北京理工大学
2021-01-12
首次研制成功 200 摄氏度高效介电储能薄膜
电机系李琦副教授、何金良教授等在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上发表了题为“基于聚合物-分子半导体全有机复合材料的高温电容薄膜”（Polymer/molecular semiconductor all-organic composites for high-temperature dielectric energy storage）的研究论文，首次研制出 200 摄氏度高效介电储能的全有机复合薄膜。这类全有机复合介电材料在 200 摄氏度高温条件下的介电储能性能不仅远超过目前最好的高温聚合物及聚合物纳米复合介电材料，并接近商业化聚合物电容薄膜室温下性能；在大幅提升高温介电储能特性的同时还实现了大面积、性能均匀的薄膜制备，为实现薄膜电容器在 200 摄氏度严酷温度环境下应用提供了可能。 聚合物薄膜电容器具有介电强度高、能量损耗低以及自愈性好等优点，在全球工业电容器市场占有率超过其它类型电容产品。然而，聚合物介电材料的绝缘性能对温度极其敏感，在高温、高电场作用下泄漏电流呈指数上升、放电效率急剧下降，最终造成电容器过热损坏。目前主流商业薄膜电容器仅在 105 摄氏度以下工作，长期工作温度低于 70 摄氏度。另一方面，随着电子器件和电力、能源设备功率不断增大以及对小型化和紧凑型功率模块的持续追求，电子材料的工作温度要求快速提高，薄膜电容器介电材料已成为高温电子器件和设备的技术瓶颈。 该论文采用了一种与前期方法截然不同的技术路线——利用有机光伏中电子受体材料的强得电子能力，实现了在高温聚合物中构筑深电荷陷阱。这种有机分子半导体型的电子受体材料具有极高的电子亲和能，被广泛应用于有机光伏中激子在异质结界面高效分离。它们可通过其表面静电势分布的极不均匀特性，对自由电子产生强束缚作用。通过向耐热聚合物中掺杂极少量高电子亲和能有机分子半导体制备了全有机复合高温介电材料。这类材料在 200 摄氏度和 200kV/mm 电场条件下，电阻率比高温聚合物提升两个数量级以上；200 摄氏度、放电效率90%以上的能量密度是目前最好的聚合物高温介电材料的 2.3 倍。此外，全有机复合体系解决了传统有机-无机复合体系中高表面能粒子分散不均和引入界面缺陷等问题，在薄膜品质和规模化制备等方面具有显著优势。
清华大学
2021-04-13
一种独立微电网蓄电池储能系统容量优化配置方法
本发明公开了一种独立微电网蓄电池储能系统容量优化配置方法，首先确定微电网中风力发电和光 伏发电的装机容量以及接入微电网系统的负荷大小，输入计算所用的各项资源数据；根据微电网实际情 况确定有无作后备电源的柴油发电机以及柴油发电的容量大小；确定选用储能蓄电池的相关约束条件及 各项数据以及对于微电网负荷供电缺电率的指标制定；根据详细资源数据计算风、光发出的总功率及同 一时段负荷功率需求，得到功率差额；根据每个时段的功率差额计算所需的储能容量，并得到每
武汉大学
2021-04-14
可逆固体氧化物燃料电池就地储能经济性研究方法
提出了可逆固体氧化物燃料电池就地储能经济性研究方法。
通过对电厂循环效率、发电模式功率密度、储能模式功率密度的多目标优化，建立可逆固体氧化物燃料电池设计库。
然后建立机组组合模型，通过优化电厂设计选择、容量配置与运行策略，实现可逆固体氧化物燃料电池与需求的最优匹配，计算电厂成本上限评估电厂经济可行性。
建立了丰富的可逆固体氧化物燃料电池设计库，给出不同风电渗透率、燃料下可逆固体氧化物燃料电池就地储能最优配置及运行策略，并给出经济性评估。
华北电力大学
2022-07-15
高能量密度纳米复合介电储能材料及脉冲电容器
一、项目分类
关键核心技术突破
二、成果简介
随着电力需求的不断增长，高性能储能装置对现代社会的可持续发展起着至关重要的作用。与超级电容器和锂电池相比，脉冲储能电介质电容器拥有超高的可释放功率密度，高的操作电压、极快的充放电速率以及长的循环寿命，是重要的新型功率储能器件，在新能源汽车、高端医疗器械、智能电网调频、可控核聚变、电磁炮等高功率脉冲技术的军民领域有着重要应用。
华中科技大学
2022-07-26
一种用于高温储能电池的密封材料及其制备方法
本发明公开了一种用于高温储能电池的密封材料，其中所述密 封材料是将 CaAl2S4 作为密封剂，以氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化 硼、氮化硼和氮化铝粉末中的一种或多种组合物作为密封材料热膨胀 系数的调节剂，加上己烷粘结剂构成。通过添加一些陶瓷材料对 CaAl2S4 进行改性，调节材料的热膨胀系数，使其达到满足对各种基 底材料进行粘结的目的，因此本发明的密封材料具有较高的热稳定性 和化学稳定性，能够满足高温储能电池的长期稳定的需要。
华中科技大学
2021-04-14