关键技术及水平：数字化轮胎全系列成套装备涵盖了从轮胎配料、密炼、压延、裁断、成型、硫化至检测共7个工序，产品“软硬结合、管控一体”，将信息技术与轮胎装备制造相结合，实现了全流程工艺控制的计算机辅助制造，属世界首创。 该项成果的研发综合利用机械与自控技术、振动与测量技术、计算机技术、光机电一体化等技术，研发装备与传统轮胎生产线相比，更加突出智能化和网络化，不仅可以有效提高轮胎生产企业的管理水平、技术水平、生产效率和产品质量，而且可以大量削减能源和原材料的消耗,降低环境污染。 取得主要成果：主要攻关突破了高效低温一次法炼胶技术、高性能半钢一次法成型装备控制技术、电子辐照预硫检测技术等一系列关键技术，申请专利52项，共获得授权专利29项。

半夏野生变家种已有近40年历史，但是由于野生资源减少和人工种植跟不上，每年只能提供4000吨以下半夏原药材，远远低于国内和国际市场7000吨以上的半夏需求。因此，全国市场近5年半夏原药材单价已经上涨了50%，市场上半夏鱼龙混杂，出现水半夏和天南星替代优质半夏的局面。拯救半夏产业刻不容缓，利用现代生物技术培育原药材成为行业所需。 目前半夏产业存在的主要问题： 1）品质不均，不能满足现代中药生产对药材的品质要求；2）自然繁殖率低，不能满足规模化生产优质种苗需求；3）品质衰退，病害严重，半夏栽培风险增加；4）缺少品种和品牌，药材档次不高，种植效益和市场无保障。本项目通过对半夏脱病毒复壮、优良单株倍性育种，获得品质好，抗性、产量、成活率高的半夏新品种；利用新型植物生物反应器进行新品种半夏的工厂化扩繁，实现新品种半夏的产业化。

项目背景：安全、高效、绿色、智能的自动化智能化码头都 是国内港口发展的必然趋势。中国是港口大国，在“交通强国” 国家战略的统筹下，国内各大港口先后开展了自动化智能化码头 的新建和改造升级工作。但国内现有、在建及规划中的所有集装 箱自动化码头装卸设备控制系统、自动化单元、自动化管控信息 化系统的核心技术及部件基本依赖进口，这些核心技术及部件被 ABB、SIEMENS 等国外公司所垄断，并形成了技术壁垒。面向国 内集装箱港口自动化智能化的现实需求，加快“卡脖子”关键核 心技术的突破和关键零部件国产化替代势在必行，迫在眉睫。 所需技术需求简要描述：1.依据国产工业控制平台的技术特 点和现有港口场景的业务需求和任务流程，搭建基于国产平台的 物理架构。对标 ABB、西门子等成熟平台，主要考核指标：每秒 至少处理 500 个任务、软件响应时间为毫秒级、支持多系统扩展； 在国内一流大港的集装箱码头实现工程应用。堆场效率不低于 30 循环/小时，人工介入率不高于 5%；与 ABB 或西门子等管控系 统下辖场桥设备实现同堆场组网、互联互通以及无缝替代。2. 结合目标工程研制测试验证平台，实现单机控制系统和堆场管控 系统的数字仿真测试、半物理仿真试验。为工程应用奠定基础。 在测试验证基础上，完成控制系统和管控系统迭代优化，并实现在智慧港口的生产联网应用。主要考核指标：（1）具备按目标港 口实际实现三维场景快速搭建能力，具备多接口接受不同的数据 驱动源的能力；（2）具备关键设备数据收集及数据实时可视化展 示的能力；（3）软件系统支持多客户端计算机同时运行（10+）； （4）系统支持第三方三维模型导入；（5）系统模型数量级不低 于在场箱 10 万，其他运动机械模型 1 万；可实现在场岸桥≥6 台、场桥≥20 台、AGV≥20 台、集装箱≥2 万 TEU、年吞吐量 200 万 TEU 规模集装箱码头的模拟仿真。  对技术提供方的要求:1. 拥有完善的科研管理体系，符合国 标的质量管理体、环境与职业健康安全体系；2. 拥有与本项目 技术方向相关的省部级工程技术科研平台及测试中心；3. 承担 过本项目相关领域的国家级科研攻关项目；4. 设有硕士点、联 合博士点和博士后研究工作站。 

新能源汽车的迅猛发展，为动力电池产业提供了万亿级的市场容量，到 2020 年底，城市公交、出租车及城市配送等领域新能源车保有量达 60 万辆。目前使 用的石墨类伏击材料容量低，无法满足高能量密度的需求。该项目通过为动力电 池厂商提供高性能硅碳负极及其他负极材料，以提高纯电动汽车的续航里程 2 倍以上。硅负极材料具有极高的理论容量(~4200 mAh/g)，其容量是现有商业化 的石墨负极的 10 多倍。但其充放电过程中产生的大体积膨胀(~400%)会严重影响 其循环寿命。我们团队经过数年研究，提出“清矽硅碳”使普通微米硅粉进行包 覆“均匀+可控”功能层的工艺过程实现“性能+成本”的最优产业升级。美国能 源部高度评价了该项研究成果（2015 年仅有 2 项研究成果受此殊荣）。

针对水和甲醇液相制氢反应的特点，采用 铂-碳化钼双功能催化剂 （其中铂以原子水平分散于立方相碳化钼纳米颗粒表面），在 低温下（150~190 ℃）无需强碱即可实现对水和甲醇的高效活化和催化重整 。在190 °C时，催化速率高达18,046 mol H2 /(mol Pt *h)，活性较传统铂基催化剂提升了两个数量级。首先比较了立方相碳化钼（α-MoC）和六方相碳化钼（β-Mo 2 C）在载体碳化钼中的不同比例对负载金属铂的结构和甲醇水液相重整制氢活性的影响。实验发现随着载体中立方相结构α-MoC比例的增长，甲醇重整活性急剧增加，Pt负载于纯α-MoC上（Pt/α-MoC）表现出了最高的甲醇重整活性。利用X-射线吸收精细结构谱和单原子分辨率的球差校正电镜对催化剂进行系统研究表征，证明在2 wt% Pt/α-MoC催化剂上存在着高密度原子级分散的铂。将Pt负载量降至0.2 wt%时，可实现所有负载金属铂呈原子级分散，极大提高了贵金属铂的原子利用率，TOF达到了18,046  mol H2 /(mol Pt *h) 。据估算，仅需含有6克金属铂的催化剂即可使产氢速率达到1 kg H2 /h，已基本达到商用车载燃料电池组的需求。而且，Pt/α-MoC具有较高的催化稳定性，经历了11次模拟类真实情况的“启动-停止-启动”循环反应仍维持原子级分散形貌和较高的催化活性。

全固态锂电池的活性物质负载通常较低（<1 mg cm-2），该值远小于目前商用锂离子电池钴酸锂正极的 12 mg cm-2 和石墨负极的 6 mg cm-2。物质学院刘巍课题组在高性能全固态锂电池的固体聚合物电解质方面取得重要进展。他们突破传统制备方法，利用立体光固化成型（SLA）3D 打印技术，以聚乙二醇二丙烯酸酯为聚合物基体原料，3D 打印出一种具有三维表面结构的聚合物固态电解质。由于构建出 3D 电解质-电极界面，使界面处的比表面积增大了 95%，显著优化了电极与聚合物固态电解质之间的界面接触，大大降低了界面阻抗，并且能将正极活性物质负载提高到 5 mg cm-2 这一较高的水平，以此提升全固态锂电池的性能。SLA3D 打印技术为高性能的全固态锂电池提供了新的研究途径，有希望应用于下一代的能量存储领域。

近年来，环境污染问题严重，石油等不可再生资源日趋匮乏，探求汽车新的动力源已经成为世界汽车领域研究和发展的热点，燃料电池汽车作为一种新型节能汽车备受关注。质子交换膜燃料电池作为第四代燃料电池技术，不但突破卡诺循环限制，能量转换效率高，而且排放污染少，对环境极其友好。部分汽车企业已经开始进行小规模的 PEMFC 汽车试运行和小批量投产，加快了其商用进程。 燃料电池装置作为燃料电池汽车的动力装置，是整个装配体中最重要的部件，如何对质子交换膜燃料电池（PEMFC）进行有效

01. 成果简介 质子交换膜燃料电池具有高比功率、可快速启动、无腐蚀性、反应温度低、氧化剂需求低等优势，是当前燃料电池汽车的首选，然而，针对目前质子交换膜燃料电池系统设计和控制，还存在以下问题： 1. 在考虑零下低温条件下电堆快速暖机的前提下，实现最优增湿效果，是燃料电池系统设计的一个挑战； 2. 由阳极与阴极两侧压差波动造成的燃料电池质子交换膜机械损坏、以及由燃料电池的高电位造成的燃料电池多孔碳纸化学腐蚀，是限制燃料电池寿命的重要因素； 3. 当燃料电池汽车进入隧道或者地下车库等封闭空间时，由于阳极吹扫而被排出的氢气会在该密闭空间上方聚集，产生安全隐患； 本成果提供一种能够实现阳极再循环和阴极排气再循环的燃料电池系统设计，以及相应的气体压力随动控制、气体湿度多模式控制和输出电压钳位控制，可精确控制进入电堆的氢气/空气压力、总流量、温度、湿度和氧含量等参数，具体如下： 1. 燃料电池系统对进气湿度要求较高，只有在最优增湿条件下，才能实现最高输出效率，为了实现对进气湿度的控制，目前主要由外部增湿和自增湿两种系统，前者低湿环境条件下电堆增湿效果较好；后者取消了外部增湿器，加快了零下低温条件下电堆暖机过程。本成果采用阳极+阴极双循环系统，在小负荷工况下，增大阴极循环程度，充分运用阴极生成水对燃料电池进气进行加湿；在中高负荷下降低阴极循环程度，而增高阳极循环程度，避免由于进气流量过大引起的阴极循环泵功率消耗过高的问题。兼顾低湿环境条件下提高电堆增湿效果与零下低温条件下电堆暖机过程，提高电堆效率； 2. 首先，进入燃料电池电堆的气体流量与气体压力存在一定耦合关系，导致阳极与阴极两侧气体压力将随着燃料电池发电系统的输出功率变化而变化，由此引起的阳极与阴极两侧压差波动会对燃料电池内部的质子交换膜产生机械损坏，本成果采用阳极+阴极压力快速随动控制，从而降低由压力波动造成的机械损坏；此外，在怠速或小负荷时，燃料电池的高电位会对燃料电池内部的多孔碳纸造成化学腐蚀，为此，在怠速或小负荷时，本成果通过增大阳极循环程度，降低燃料电池电位，实现对电压的钳位控制，从而降低由高电位引起的化学腐蚀；综上所述，本成果通过阳极+阴极压力快速随动控制和电压钳位控制，延长电堆寿命； 3. 由于氮气和水的浓差扩散作用，燃料电池阳极侧都会出现氮气累积和液态水水淹现象，引起燃料电池性能下降，因此需要定期对阳极侧进行吹扫，将累积的液态水、氮气与未反应的氢气一起排出。本成果在阳极出口处增加了燃料电池小面积单片，用于处理尾排氢气，从而实现燃料电池系统氢气零排放，保障燃料电池系统的运行安全。 燃料电池双循环系统02. 应用前景 本成果可应用于质子交换膜燃料电池领域。03. 知识产权 本成果涉及9项发明专利。04. 团队介绍 项目团队主要研究方向新能源汽车动力系统，团队成员包括欧阳明高、李建秋、杨福源、王贺武、卢兰光、李希浩、徐梁飞、杜玖玉、韩雪冰、冯旭宁等，课题负责人为李建秋，获得国家技术发明二等奖两项，北京市科学技术一等奖一项、中国汽车工业技术发明一等奖一项，论文发表200余篇。项目团队深度参与了中国新能源汽车的战略规划、科技研发、国际合作、示范考核和产业化推进的全过程，培育出多家学生创业型高科技企业，为中国新能源汽车跻身世界先进行列作出了重要贡献。05. 合作方式 技术许可。06．联系方式 邮箱： zhangyan2017@tsinghua.edu.cn