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小型低醇类燃料电池
小型燃料电池的基本要求应是可以室温快速启动、工作温度低、寿命长、比功率和比能量高、燃料和氧化剂便宜易得、易储存和携带(无毒或低毒,或者有毒物无外渗透问题)、且整体体积小等。根据燃料电池的分类及工作原理,只有低醇类质子交换膜燃料电池最接近这一要求。但质子交换膜燃料电池商品化必须解决成本和燃料两大问题。据报,目前质子交换膜燃料电池成本已降至每千瓦数百美元,通过批量生产和提高技术水平,还有可能进一步降低成本。最理想的燃料是纯氢,但储氢材料及其安全性仍是极大困难。含一个碳的甲醇(CH3OH)在催化剂的作用下部分氧化、并经净化制富氢,是一个理想的替代氢源,而且原有的加油系统可以共用。但甲醇蒸汽有毒(会造成眼睛失明)且甲醇易渗透污染地下水,因此,直接甲醇燃料电池必须很好地解决密封和环保处理问题。而这一困难,对于间接甲醇燃料电池就比较容易解决。所谓间接甲醇燃料电池,就是将燃料系统分开,先用甲醇催化氧化制出富氢,而后再进入电池作为燃料。
厦门大学 2021-04-11
燃料电池催化剂
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高和环境友好等优点, 是电动汽车的理想动力源。但燃料电池电动汽车(FCV)的商业化,必须解决基 于碳载钳(Pt/C)催化剂FCV的高成本问题。 自2009年美国科学家在Science杂志报道氮参杂碳纳米管(NC)具有潜在 的氧还原(0RR)催化活性以来,化学家与材料科学家一直在探寻如何进一步 提高NC材料的0RR催化活性的方法,以代替目前燃料电池发动机中的Pt/C催化剂。因此,我们的研究团队基于氮参杂石墨烯(NG)材料,在国际上首次通过 “NG分子结构一NG电导率一0RR催化活性”的关联,找到了该科学难题的突破 点.我们在分子结构模拟的基础上,认识到三种氮参杂NG材料中,既唳型和既 咯型具有二维平面结构,使NG保持了石墨烯原有的平面共辗大兀键结构,具 有良好的导电性,因而具有优异的0RR催化活性;而丁基型NG为三维空间不 平整结构,破坏了石墨烯原有的二维平面共巍大e键结构,导电性差,因而0RR 催化活性低。因此,有效的氮参杂应以唬唳型和唬咯型为主,尽可能减少甚至 杜绝丁基型NG的形成。我们利用层状材料(LM)的层间限域效应,通过调制LM 层间距,在LM层间插入苯胺单体,层间聚合,然后热解的方法,获得平面氮参杂 达90%以上的NG材料。其催化0RR的半波电位仅比Pt/C催化剂落后60mV,是传 统方法下获得的NG材料0RR催化活性的54倍,以该材料为正极催化剂的质子 交换膜燃料电池的输出功率达580mW/cm ,与Pt/C催化剂的0RR活性处于同一 个数量级,为世界领先水平。我们开发的此类新型NG材料已经具备了在燃料 电池发动机中完全替代Pt/C催化剂的可能性。LM层间近乎封闭的扁平反应空间 不仅克服了传统开放体系下合成的NG以丁基型为主,导电性差,活性低的弊病, 而且也克服了开放体系下因掺N效率低而导致合成NG成本高的问题。该研究成 果意味着,长期困扰燃料电池实用化的高成本问题将不再是瓶颈问题。
重庆大学 2021-04-11
燃料电池及其相关材料
能源危机与环境污染已成为限制当今人类社会发展的两个问题,而解决能源危机与环境污染的主要手段就是大力发展新能源技术。新能源技术中的燃料电池技术以其环境污染少,发电效率高而得到人们越来越多的重视。在燃料电池中,燃料中的化学能直接转化为电能,发电效率不受卡洛循环限制。目前最具有应用前景的是质子交换膜燃料电池技术和固体氧化物燃料电池技术。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。我们基于固态离子理论,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,并取得自主知识产权,申请发明专利多项,目前已有9项相关专利获得授权,在国际上发表大量学术论文。在质子交换膜燃料电池制备方面,我们开发了低成本的热喷涂法制备质子交换膜燃料电池的技术,并取得中国发明专利的授权,获取自主知识产权,并得到应用,成功制备了50-1000 W的质子交换膜燃料电池电池堆,并改造后应用于便携式电源设计与分散发电。结合使用储氢材料罐,可得到一套车用发电系统;在固体氧化物燃料电池单电池制备方面,我们开发了一套基于阳极基底流延制备、电解质与阴极层喷涂制备共烧结的单电池制备工艺,并用于制备大面积的平板固体氧化物燃料电池,并组装了平板电池堆,得到的单电池性能优越。在前期科技部863项目的资助下,我们开发了一系列阳极功能层材料,用于以甲烷、煤层气以及生物质气为燃料的固体氧化物燃料电池发电,得到了较好的发电稳定性和温度适应性。目前,我们已经开发了便携式的质子交换膜燃料电池发电装置,可用于便携式供电与不间断电源;在前期大量的工作基础上,我们还开发了完备的固体氧化物燃料电池材料生产技术和固体氧化物燃料电池单电池制备技术,将可以为将来的燃料电池产业化与商业应用提供基础。●应用前景: 目前燃料电池技术应用的最大障碍在于其高成本、低稳定性,随着人们对新能源技术进步的要求不断提高和燃料电池技术的进步,燃料电池技术应用的市场将越来越大。目前燃料电池的低成本制备在新材料开发的促进下,取得了较大进展,燃料电池技术商业化示范运行目前已在美国、日本、德国等国家开展,技术成熟之后在世界范围内将会有更大的市场前景。
南京工业大学 2021-04-13
燃料电池微电源系统
进入 21 世纪以来,电子与信息技术获得了飞速发展,各类微小型便携式电子产品如手机、笔记本电脑、数码影像设备等相继涌现出来,给人们的生活带来了极大的便利。但是电子产品升级换代的加快和产品功能的日趋多样化,对现有微电源系统(锂离子电池、镍氢电池等)性能提出越来越高的要求,电子产品设计中的电源供需矛盾日益突出,形成所谓的“能量鸿沟”( Power Gap )。发展新的高比能电源系统已不可避免地成为突破下一代便携式电子产品发展瓶颈的紧迫任务。基于微机电系统( MEMS )技术的燃料电池微电源系统,因具有高比能、高效率、清洁环保、使用方便等突出优点而广受关注。其理论能量密度为现有锂离子电池 10 倍以上、能量效率可达 60~70% 、工作过程零排放、可瞬间完成燃料加注,是面向便携式电子产品的新一代理想替代电源。
大连理工大学 2021-04-13
直接甲醇燃料电池(DMFC)
直接甲醇燃料电池(DMFC)由于使用液体甲醇作燃料,电池安全,系统简单,运行方便,具有很广阔的商业化前景。从目前的技术水平看,DMFC的功率密度比氢氧燃料电池低,因此这类电池更适用于小型电器中,如移动电话、笔记本电脑等。美国能源部认为用于发电站和电动汽车的大型燃料电池,商品化制造成本一定要低于$500/kW,而对应用于电子产品中的小型燃料电池,其制造成本可允许高达$2000/kW。与二次电池相比,微型或小型DMFC主要具有以下优点:(a)长时间连续提供电能;(b)充加燃料方便,它可避免二次电池充电时间长、电池记忆效应、循环寿命短等不便;(c)无污染、回收处理方便。北京科技大学在国家自然科学基金委、教育部和国家863计划支持下,开展了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)的研究开发工作:(1)Pt基非贵金属多元合金、Pt基过渡金属或稀土金属氧化物催化剂;(2)甲醇溶液中稳定的轻质双极板等材料;(3)催化剂碳载体材料;(4)膜电极及直接醇类燃料电池组样机。
北京科技大学 2021-04-13
直接甲醇燃料电池研制
主要研究内容 1、甲醇阳极与氧阴极催化剂研究。 2、固体高分子膜防透醇研究。 3、三合一膜电极制备技术研究。 4、单体电池的设计与性能研究。 5、电池组系统结构设计与8W样机研制。技术指标 阳极铂载量≤3mg/cm2,阴极铂载量≤1mg/cm2;80℃,单体电池比功率≥80mW/cm2;30℃,阴极为常压空气,单体电池比功率≥12mW/cm2;8W样机正常运行40h。产业化前景
哈尔滨工业大学 2021-04-14
多燃料转子发动机
转子发动机可广泛应用于无人飞机和电动汽车增程器,该项目以天然气、汽油和柴油等多种燃料转子发动机为对象,聚焦缸内工作过程,致力于揭示流动和燃烧过程的发展规律,实现缸内混合气的浓度分布、点火和燃烧的有效控制,以达到高效清洁燃烧的目的。目前已经取得的进展包括:国内率先建立了光学转子发动机实验台架和转子发动机工作过程的三维动态计算模型;国内率先完成了缸内流场的PIV(Particle Image Velocimetry)测试,发现了缸内涡流的存在并解释了其产生的原因;通过实验和数值模拟研究工作总结出了转子
江苏大学 2021-04-14
锌-空气燃料电池系统
1 成果简介 锌-空气燃料电池作为一种新型的燃料电池系统,用锌作能量来源,实现发电。锌-空气燃料电池具有如下特点: 与一般氢空气燃料电池比,成本低,不需要贵金属做催化剂; 与一般蓄电池比,不需要充电,可像加油一样快速补料; 与燃油内燃机比,燃料可再生,锌发电后变为氧化锌可通过电解得以还原; 环保安全,放进火里也不燃烧。 本研究组已研究开发出 200 瓦的 5 节燃料电池堆,其电流密度指标达到国际先进,证明了设计方案的可行性。利用该技术方案,依据功率需求可开发大小不等的锌-空气燃料电池系统。为产业化应用,接下来需要做的工作是设计产品构型、完善整体集成。 2013_8_1 上图 用于方案验证的锌-空气燃料电池系统 2 应用说明 锌-空气燃料电池可做军用电源,具有补充能量快、安全的优势;可配合风力发电、太阳能发电系统的大型储能-发电装置,为电网调峰补谷,具有安全、成本低优势;可作为未来电动汽车的动力电源,具有安全、价廉、不需要充电、续驶里程长等优势。 3 效益分析 量产的锌-空气燃料电池系统,制造成本与铅酸蓄电池相当,而使用寿命更长。 4 合作方式 联合开发。
清华大学 2021-04-13
甲氧苄啶与敌菌净合成新工艺技术
甲氧苄啶作为经典的抗菌剂在细菌增殖过程的二氢叶酸环节起到阻断作用,广泛应用于 医药、畜牧业作为抗菌剂和抗菌增效剂。上市50年来,市场规模不断扩大,已经广泛地与磺胺 药、抗生素、抗疟药物、止泻药等配伍使用,用途不断增多,有可能成为像阿司匹林一样的百 年老药。国际上几十年来一直未能开发出较甲氧苄啶更好的细菌增殖二氢叶酸酶抑制剂。甲氧 苄啶在畜牧业上,由于较小产生抗原,是一个安全、广谱的兽用药。敌菌净作为甲氧苄啶的同 类药物,是畜牧业经典的抗菌剂,国内外有广泛的市场。目前,甲氧苄啶在中国的产量约为 4500吨左右,售价高达15万元/吨以上。 传统上国内生产甲氧苄啶与敌菌净的工艺路线是“单甲醚-二甲醚”路线,这条路线主要 的缺点是对关键中间体3,4,5-三甲氧基苯甲醛、藜芦醛的单耗较高。新工艺路线采用经“苯胺 缩合物”的高效环合工艺,使得对关键中间体3,4,5-三甲氧基苯甲醛、藜芦醛的单耗降低20%, 综合成本较老工艺每吨降低2.4万元以上。这条路线的优点在于: 1. 各步反应高效,转化率几近定量,分离收率达到90%以上。 2. 主要辅料二甲亚砜、苯胺均可回收套用,最大限度降低了成本。 3. 产品质量好,符合世界各国药典、兽药典。 4. 该路线生产成本较老工艺有较大幅度下降,为产业更新升级所急需。
华东理工大学 2021-04-11
餐厨和果蔬垃圾高效厌氧消化生产沼气技术
餐饮业每天要产生大量的餐厨垃圾,除一部分用于饲料外,其他很大部分被丢弃处理。此外,在市场上,水果和蔬菜在包装、运输和销售的过程中也产生了大量的果蔬垃圾,不但造成了浪费,同时也对环境造成污染。 北京化工大学开发了餐厨和果蔬垃圾高效厌氧消化生产沼气技术。生产沼气可用于发电、供热,或经提纯后制取车用燃料,也可加压罐装成沼气罐后,替代液化石油气气罐,作为家庭用燃气。因其价格低廉、制取简便、原材料易得,且为可循环利用资源,成为代替价格日益飞涨的石油和天然气的能源之一。技术指标:1、干物质消化率大于50%;2、产气率大于300m3/吨(干料);3、反应器容积产气率大于1.0 m3/(m3·天);4、沼气提纯后,甲烷含量大于95%,达到车用天然气的水平;5、沼渣达到有机肥料的相关标准,可作为生物有机肥料使用。 应用范围:1、城市生活垃圾处理厂;2、小区生活垃圾集中处理站;3、果蔬收集、集散地和加工场等。市场分析:北京市政府及部分地方政府已明文规定:“餐厨垃圾必须经过安全有效的处理,不能直接加工成畜禽饲料”。此外,果蔬收集、集散地和加工场也会产生大量的果蔬废弃物等。厌氧沼气技术可把这些有机垃圾转化成沼气、电力、车用燃料等,不但可以解决环境问题,还可以产生大量清洁能源和实现废弃物的高值利用。因其,本技术具有广阔的市场应用前景。效益分析:建设日产1万立方米的发酵系统,总投资大约在800万元左右,每年获经济效益500~600万元,同时社会效益显著。
北京化工大学 2021-02-01
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