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

成果简介：该技术是指以柴油机为平台的天然气发动机多点电喷电子控制系统。发动机系统在燃用柴油时，可将天然气切断；燃用天然气时，需少量柴油起点火作用。对柴油机需要进行压缩比的改造，并加装各种电控传感器和执行器。电控单元以16位单片机为核心控制天然气的多点喷射，外接端口具备串口通讯和CAN总线。 项目来源：自行开发 技术领域：先进制造 应用范围：柴油机厂 现状特点：天然气对柴油的替代率平均不少于80%，达到国内外同类机型的水平。 成

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。

2020 年 7 月 10 日，国际著名期刊《Science》刊发论文《电场诱导异质界面金属态构建超质子传输》（Proton transport enabled by a field-induced metallic state in a semiconductor heterostructure）。东南大学太阳能技术研究中心/储能联合研究中心首席科学家朱斌教授为该论文共同一作和主通讯作者，此项研究成果标志着东南大学在燃料电池领域相关研究取得了重大进展。  朱斌教授等人采用完全不同于传统离子导体结构掺杂的方法，构建半导体材料的异质结构，通过利用半导体异质界面电子态/金属态特性把质子局域于异质界面，设计和构造具有最低迁移势垒的超质子高速通道；在燃料电池中，质子经电化学嵌入到异质材料界面，被带正电的氧化铈表面排斥到钴酸钠表面，但同时受到正电钠离子的排挤不能进入钴酸钠内部，因而局域于两者材料的界面空间，从而实现在最低势垒的层间连续快速迁移。  实验成功地验证了理论和计算结果，获得了极其优异的质子电导率（较传统钇稳定二氧化锆电解质材料的电导率提升了几个数量级），实现了先进质子陶瓷燃料电池示范。

利用丰富的、开再生的玉米秸秆、麦秆、稻草等农作物秸秆原料生产燃料乙醇，是当前世 界生物能源产业的前沿技术领域，是未来替代石油能源的主要技术路线。本技术的产业化实施 可以高效率进行农作物废弃物的资源化利用，对传统农业的可持续发展和产业更新换代具有重 大的提升作用，并大幅减少因秸秆焚烧带来的雾霾等大气污染因素。然而，高额生产成本严重 阻碍了本技术的产业化进程。目前，秸秆燃料乙醇的生产成本具体表现在过程的高能耗、大量 废水排放、纤维素酶成本等环节上。 本项目的农作物秸秆原料生产燃料乙醇成套技术采用华东理工大学研发的干法生物炼制技 术。该技术主要包括干法稀酸预处理、固态生物脱毒、高固体含量糖化与发酵等主要工序。其 中，干法稀酸预处理技术使用新型的螺带搅拌式预处理反应器，实现了过程零废水排放，新鲜 水和蒸汽用量比典型的预处理技术降低80%以上；固态生物脱毒则采用生物降解方法脱除预处 理原料中所含的各种有毒物质，实现过程的零水耗和零能耗；高固体含量糖化与发酵技术则通 过自主研发的螺带型反应器处理固体含量达40%以上的纤维素底物进行同步糖化与发酵生产乙 醇，与常规发酵反应器相比，电耗可以降低80%以上，纤维素酶用量大幅降低。整个农作物秸 秆原料生产燃料乙醇成套技术可以得到不低于8% (v/v) 的高浓度乙醇发酵液，纤维素转化率可 达75%以上。本技术的采用将会大大降低纤维素乙醇的生产成本或环境成本，为即将商业化运 作的燃料乙醇工厂中的技改提供技术储备。

空气压缩机为燃料电池提供电化学反应所需要的氧气。将空气压缩到一定压 力（通常在 1.3~3.2bar 范围内），有助于提高电堆的功率密度，是燃料电池汽 车降低成本、实现轻量化的重要技术手段。为了满足燃料电池最高功率，空气压 缩机应保证足够的流量，根据估算，100 kW 的电堆功率大约需要 300 Nm3·h-1 的空气。除了保证一定的压力和流量外，燃料电池车用空气压缩机还需要满足其 他要求，包括压缩气体绝对无油，以防止催化剂中毒；压缩效率高，减少压缩气 体需要的额外能耗；能对启停、加速、刹车、制冷、供热等各种工况变化做出准 确、快速响应，具有良好的工况适应性；在极端工况和气候条件下，具有良好的 可靠性和长久的寿命，且维护简便；结构紧凑，体积小，重量轻。对效率、可靠 性、工况与环境的适应性、体积与重量等指标的综合要求，特别是对压缩气体绝 对无油的严格限制，使得燃料电池车用空气压缩机的产品研发及其产业化存在不 可忽视的技术挑战。

菊芋是一种重要的经济作物，可以在干旱地和盐碱地等边缘土地上大量种植。菊粉 (一种 多糖) 是菊芋块茎的主要组分，可以由菊粉酶或蔗糖酶降解为果糖和葡萄糖等单糖。与纤维素 乙醇和纤维素乳酸相比，生物转化菊芋生产乙醇或乳酸的技术相对简单，更易于产业化。但目 前的菊芋生物质生产燃料乙醇和乳酸技术需要使用昂贵的菊粉酶来降解菊芋生成单糖，进而发 酵成乙醇或乳酸；而且发酵产物浓度偏低，造成高昂的产物分离成本和生产成本使这一技术并 不具备产业化的潜力。 本项目的菊芋生物质生产燃料乙醇和乳酸技术采用华东理工大学研发的高固体含量底物 同步糖化与发酵技术。该技术主要包括整合生物加工菊芋生产乙醇技术和高固体含量同步糖化 与发酵菊芋生产乳酸技术。其中，整合生物加工菊芋生产乙醇技术使用自主筛选的具有高菊粉 降解活性的酿酒酵母同步糖化与发酵菊芋生产乙醇，并采用新型的螺带搅拌式反应器，实现了 无菊粉酶添加的整合生物加工过程，乙醇浓度可达14%(v/v)以上，菊芋转化率达80%以上；高 固体含量同步糖化与发酵菊芋生产乳酸技术通过自主研发的螺带型反应器处理固含量达30%以 上的菊芋进行乳酸发酵，与常规发酵反应器相比，电耗降低80%以上，发酵液中乳酸浓度可达 11% (w/w) 以上，菊芋转化率达80%以上。本技术的实施将会大大降低菊芋乙醇和菊芋乳酸的 生产成本，为菊芋生物质的生物炼制产业化奠定基础。

木薯原料不与粮争地，经济上可行，可以大规模种植。国家明确鼓励以薯类作物、甜高粱茎秆及纤维素等非粮生物质为原料的燃料乙醇生产。 项目组根据国家生物质能源产业发展要求，重点突破木薯非粮燃料乙醇关键技术及装备，获得13项发明专利，形成了具有国际领先水平的非粮燃料乙醇成套生产技术，并成功实现了产业化，成果形成的木薯燃料乙醇成套生产技术的综合技术指标优于国内外同类技术。 应用本技术首先在广西中粮公司建成了“年产20万吨木薯燃料乙醇生产示范装置”并于2007 年12 月投产运行。装

本项目所涉及的微型燃料电池是燃料电池应用中最有市场前景的一个。微型燃料电池是指输出功率在100W以下，具有良好可携带性的小功率燃料电池。这类燃料电池能用于各类便携式用电设备、音像设备和计算机等信息产品。本项目以迅速地实现样机的制备、商品化以及大批量生产和高盈利为基本目标。项目进行过程中，将以现有的膜电极制备技术为基础，系列化开发、生产便携式电器使用的燃料电池。中期目标确定在不同类型的小型燃料电池，逐步以产品细分和增加产量提高市场份额。投资视市场实现情况，分期投入。本项目研究的目标集中在直接甲醇燃料电池的小型化、产业化与实用化上。在研究过程中，通过对电极结构、流场形状与内填充方案、整机设计、新型催化剂合成方案和电池性能衰减的研究，达到提高电池输出功率、抬高中电流密度区电位、缩小电池体积、实现初步产业化的目的。考虑到电池的可携带性、体积和工作条件，该类燃料电池拟采用本研究团队较为成熟的质子交换膜燃料电池技术为主，碱性燃料电池为后备方案进行开发。研究的重心将放在燃料电池核心部件——膜电极与整个电池系统的整合上，以达到提高电池输出功率、抬高中电流密度区电位、缩小电池体积、实现初步产业化的目的。