基于多物理场耦合理论，建立了高温固体氧化物燃料电池(SOFC)的仿真模型，系统研究了阳极支撑的对称双阴极SOFC的温度场、电场、物质扩散场、流场及力场分布，并将模拟结果与实验进行了对比验证，模拟结果与实验测试所得关键性能吻合良好。通过模拟仿真分析了SOFC内部物质，电流温度及应力分布不均匀的主要原因，发现电池内部30%以上的热应力来自于电池内部的热梯度。在此基础上，用模拟仿真的方法对已有的Z型阴极气体流道与蛇型流道进行对比，

应用的最广的质子交换膜是由美国杜邦公司生产的Nafion膜，Nafion膜高的甲醇渗透率导致甲醇燃料电池的性能下降，针对这个问题我们以PBI为基体，通过添加两亲性修饰的PAMAM树枝状大分子（ZC-PAMAM），制备了复合型质子交换膜，与Nafion相比，PBI/ZC-AMAM复合膜在保持较高电导率的同时，甲醇渗透率下降了一个数量级，具有很好的应用前景。

燃料电池利用氢气和空气发电，清洁高效。用燃料电池发电系统与蓄电池、超级电容等储能系统构建的混合动力系统用于驱动轻轨车辆，可以取消牵引供电系统，从而解决牵引接触网系统对城市规划、市容市貌、安全防护等影响，而且可以减小轻轨交通系统初期投资，大幅缩短建设周期，降低轨道交通系统对电网的谐波污染，具有巨大的市场前景。

“氢化燃烧合成（HCS）镁基储氢合金”项目，先后获得国家自然科学基金、国家“863”项目和江苏省高技术研究重大项目的资助，并与美国通用（GM）公司开展国际合作。主要研究HCS和高能球磨（MM）复合制备纳米镁基储氢材料的工艺条件；研究高容量、高活性镁基储氢材料的HCS反应过程和MM复合机理；研究HCS＋MM制备镁基储氢材料结构特性，揭示低温高容量高活性储氢机理。纳米镁基储氢材料的主要技术指标：（1）储氢量> 5.5 wt.%，（2）吸氢温度< 100℃，五分钟内吸氢达到储氢量90%，（3

燃料电池技术应用的关键在与新材料的开发，基于材料的优化得到更好的燃料电池产电输出性能。项目团队基于固态离子理论，设计了一系列燃料电池电极新材料及新结构，以提高电池输出性能为目的，开发了一系列高性能的阳极功能材料，阴极层材料与新结构。项目取得完整知识产权，申请发明专利15件，授权发明专利8件。

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心及化学与材料科学学院的曾杰教授团队和国家同步辐射实验室鲍骏教授团队合作，通过精准的氧化刻蚀，调控钯铂合金的形貌和组分，设计并构筑出了超立方体框架结构催化剂，其在氢氧燃料电池阴极反应中表现出高活性和高稳定性。研究成果以 “Pd-Pt Tesseracts for the Oxygen Reduction Reaction”为题发表在《美国化学会志》上（J. Am. Chem.Soc. 2021,doi.org/10.1021/jacs.0c12282）。该研究团队受三维立方体向四维超立方体演变的启发，将钯铂均匀合金立方体进行氧化刻蚀，通过精准调控钯原子的去除和余下钯原子与铂原子的重排，得到钯铂合金超立方体框架结构（图 1）。此外，通过调节初始立方体中钯、铂两种元素的比例，还可以得到八足体和立方框架结构。在氢氧燃料电池阴极催化测试中，立方框架结构、超立方体结构和八足体结构的单位质量活性分别达到了商用铂碳催化剂的 4.1 倍，11.6 倍和 8.3 倍。此外，超立方体结构催化剂还表现出了最高的本征活性（2.09 安培每平方厘米）和优异的性能稳定性。密度泛函理论计算表明超立方体表面晶面的氧吸附能最接近于理论最优值，这一趋势与实际测试的氧还原活性顺序相一致。这种新的超立方体框架催化剂设计理念为今后相关电催化剂的设计提供了新的思路。

01. 成果简介 近年来，随着氢能利用技术发展逐渐成熟，应对气候变化压力持续增大，以及氢能市场前景巨大，氢能在世界范围内备受关注，世界发达国家均将氢能及综合应用作为未来能源发展的重点方向之一。燃料电池汽车融合了内燃机汽车和纯电动汽车的优点，不仅具有零排放、高效与高功率密度的优势，而且续驶里程足够长，被业界公认为是新能源汽车的发展趋势。经过北京奥运会23辆、上海世博会的196辆燃料电池汽车的批量示范验证和多轮技术迭代优化，燃料电池汽车开始进入交通运输领域的主战场，从2013年开始，欧、美、日、韩的燃料电池汽车相继上市销售。与国外发展路径不同，我国从燃料电池商用车切入推进氢能在交通领域的应用，氢燃料电池商用车已实现小批量生产并在上海、北京、河北、广东等地示范运营。氢能行业迎来了产品孕育的发展机遇。 膜电极作为燃料电池发动机的核心部件，代表企业如美国GORE公司、英国Johnson Matthey公司。本项成果提供了一种制备膜电极的技术，创新点为：1）采用“热定型法”工艺制备催化层，优化电化学三相界面和促进多相传质，解决了传统膜电极性能低、寿命短瓶颈问题；2）发明了将质子交换膜和催化层封装在气体扩散层内的一体化膜电极产品，提升了燃料电池的一致性和可靠性,并提高了电堆生产效率。该项成果已应用于示范项目，应用情况良好。性能指标：1）面电导: >40S/cm22）拉伸强度: >35MPa3）H2渗透率:<2mA/cm24）0.6V@2.5A/cm2 (测试条件：1.5atm,70℃,空气计量数2.3,湿度80%)5）寿命:20000小时（加速老化法,10%性能衰减）02. 应用前景 燃料电池03. 知识产权 本项成果已申请专利22项。04. 团队介绍 团队在燃料电池应用研究方面已有超过20年的技术积累，在技术开发和成果转化过程中，先后获得“第十九届全国发明展览会发明奖”金奖、北京市第三届发明专利奖一等奖、“清华大学科研成果推广应用效益奖”二等奖、“第十届国际发明展览会发明奖”金奖、湖北省技术发明奖等多项奖励。负责人为副教授、博士生导师，累计在多个国际权威期刊上发表SCI论文96多篇，申请发明专利60余项。05. 合作方式 技术许可。06.联系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn wangcheng@tsinghua.edu.cn

节能和环保是绿色社会的主要议题，发展取代化石燃料的新能源技术迫在眉睫。锌-空气电池是一种化学能转换为电能的装置，由于其理论能量密度高、安全性高、价格低廉以及环保等优势有望弥补锂离子电池的缺陷而成为下一代新能源电池。柔性可穿戴电子器件是5G时代先进制造业的重点研究方向，尤其是便携式电子产品正朝着超薄、集成、灵活的可穿戴设备方向发展。作为一个新兴领域，柔性锌-空气电池符合可穿戴电子设备的要求，发展潜力巨大。 柔性电池是一个复杂的系统，柔性锌空气电池的容量和能量密度等关键参数很大程度上取决于催化剂和正极材料。团队瞄准电池正极材料这一难题，积极自主研发，致力于发展具有完全自主知识产权的下一代新型高容量柔性锌空气电池。目前，团队制备的高容量/耐低温柔性锌空气电池可用于穿戴的智能电子产品，病人植入式监测、追踪和定位的医疗器械、物联网智能标签、环境传感器、助听器等等。

1 成果简介燃料电池应用于军事、汽车、移动设备和家庭等领域。对于新生产的燃料电池堆，或在用的燃料电池堆，常需要了解电池堆内各节燃料电池的一致性和膜电极情况，但是国内外一直缺少检测燃料电池堆膜电极的技术和测量装置。 课题组研究出一种可方便检测燃料电池堆膜电极状况参数的方法和仪器。该测量仪具有如下功能和特点：可同步测量膜电极的催化剂有效活性面积、双电层电容、氢渗透电流和阻抗；数据自动采样，结果自动处理；可用于测量燃料电池单体和燃料电池堆，解决了以往即使检测燃料电池单体膜电极也需要多台测试仪器的问题，填补了燃料电池堆膜电极检测仪器的空白。测量仪可用于科研中对燃料电池内部不一致性的检查和原因辨析，可用于对各种场合的燃料电池堆进行现场检查和老化诊断，可用作燃料电池堆初装过程中的成组选配检测工具。查新表明，国内外目前尚未发现有相似原理的仪器，具有较大的推广使用空间。测量仪包括硬件部分和软件部分。研究组已开发出测量仪的初级版，参见下图。初级版的测试软件基于 Labview 编写，界面简单易操作，通过配合电脑完成测量。研究组现在正进行开发测量仪器的升级版，期望其能够脱离电脑单独测量，更美观，更实用。  上图 初级版电池堆膜电极检测仪2 应用说明研究组应用该方法和测量仪进行了多次测量和研究，成果在国际国内会议的宣传推广中得到了许多同行的好评，并表示有购买意向。

同济大学在燃料电池轿车整车集成开发技术、电电混合驱动燃料电池动力系统技术、 车用燃料电池发动机技术、车用燃料电池发动机技术、汽车电动辅助系统技术研究等方 面有突破型进展，与此同时还在氢能源设施、氢气加注站、充电站方面进行配套研究， 也取了进展。已研制三代燃料电池轿车开发平台，“超越一号” 燃料电池轿车样车上 的多项技术填补了国内空白，并获“2003 年上海工博会创新奖”；“超越二号”、“超 越三号” 燃料电池轿车分别在第六、七届“必比登”国际清洁汽车挑战赛上的 7 项测 试中获 5 项 A 级好成绩。并装载于上海大众、上汽集团、奇瑞汽车的整车产品，2005 年组成示范运营车队。2005 年燃料电池轿车被评为中国高等学校十大科技进展。