本发明公开一种固体氧化物燃料电池系统避免燃料亏空的控制方法，包括：在系统为跟踪外部负载实现功率上升切换的过程中，通过仿真分析，在设定不同延迟时间的条件下，获得相对应的最优功率上升速率，使得系统既满足快速负载跟踪能力，又不导致燃料亏空问题；基于模型预测控制设计了功率参考轨迹，并结合功率参考轨迹，使系统的功率输出值能够快速、平滑地跟踪到目标约束轨迹，实现SOFC 独立发电系统快速、安全负载跟踪的目标。本发明在系统功率

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

本发明公开了一种平板式固体氧化物燃料电池，包括依次紧密 接触的阴极层、电解质层、阳极功能层以及支撑体层，所述支撑体层 背向所述阳极功能层一侧设置有气体通道，其特征在于，所述支撑层 成分包括 NiO、Fe2O3 和 NiTiO3，所述燃料电池在工作过程中，所述 NiO-Fe2O3 还原成 Ni-Fe 合金，NiTiO3 还原成 Ni 和 TiO2，TiO2 颗粒 均匀的分布在 Ni-Fe 合金骨架上。按照本发明实现的平板式固体氧化

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）进行有效的热管理，对其工作效率、使用寿命和运行经济性有着极其重要的意义。 通过对燃料电池的热分析，与上汽合作搭建起36kW的Plug-in燃料电池发动机试验平台。 借助试验平台，可以对电堆进行大量实验，并且可以分析电堆的输出的功率，极限功率，及功率调节特性等动力数据；还可以分析电堆的散热性能，以及散热效果对电堆的功率影响等基础数据。

氢气再循环泵是氢燃料电池系统中的关键部件之一，主要有两种技术路线：电机驱动机械式氢气再循环泵（机械泵）和喷射式氢气再循环泵（喷射泵）。目前国内均无成熟产品，机械泵主要依赖进口，然而该类产品存在大流量下升压能力差、结冰堵转、故障率高等缺点。喷射泵利用氢罐自身压力运行，可完全克服机械泵的缺点，且无需电机驱动、无运动部件，完全避免了由电机带来的能耗、密封、防爆、减振及降噪等致命缺陷，是氢气再循环泵的变革性技术和终极解决方案。本项目综合运用多喷嘴引射新器件、多相适应新技术、全局优化新方法，研发安全、可靠、高效、无源的喷射式氢循环系统，以期解决燃料电池氢循环密封难、能耗高、寿命短等痛点，推动行业进步。

本发明公开了一种燃料电池膜电极组件的复合方法及其装置。该复合方法，通过机器视觉技术测定 GDL 偏角，催化剂层偏角，根据角度差值引导机械手对 GDL 旋转纠偏。纠偏完成后测定和计算 GDL两条边缘的交点坐标距离 GDL 采图相机视野中心的 X 和 Y 向偏差，测定和计算催化剂层两条边缘的交点坐标距离催化剂层采图相机视野中心的 X 和 Y 向偏差，并结合两个相机的机械安装位置，计算出 GDL与催化剂层的位置综合偏差，该综合偏差用于引导机械手将 GDL 与催化剂层精确复合。

成果简介： 进入21世纪以来，能源短缺、环境污染和气候异常已成为全人类面临的重大挑战，寻求清洁高效的能源转换技术已经成为各国政府、企业和高等院校等共同关注的问题。燃料电池是在一定条件下燃料（主要是氢气）与氧化剂（空气中氧气）发生化学反应，将化学能直接转变成电能和热能的发电装置。质子交换膜（PEM）燃料电池操作温度低，效率高，启动快以及功率密度高，没有任何

本项目为高分散负载高活性贵金属质子交换膜燃料电池催化剂的可控制备技术。采用低成本的原位还原技术制备了高性能的非铂基燃料电池催化剂，可用于氢-氧燃料电池，甲醇-空气燃料电池等系统中。质子交换膜燃料电池因其理论比容量高(33 kWh/kg)、电流密度大、工作温度低、污染小等优点成为最先进的二次能源新技术。 燃料电池的核心技术是制备高效、长寿命的电极材料催化剂。目前的商用催化剂主要是高负载量的铂基催化剂。西安交通大学电信学院杨光教授及其课题组在高性能、低成本催化剂的合成和应用上取得重大突破，开发出了钯基燃料电池膜电极催化剂的新型制备工艺，该制备技术所需设备简单、工艺路径易于实现，合成的催化剂性能类似于目前掺加60%铂的商用催化剂，实现了催化剂的无污染快速制备。该合成方法的最大优点是将燃料电池催化剂的功率成本降低到目前商用催化剂成本的2%。

成果介绍项目采用氮掺杂碳中空球为直接甲醇燃料电池阴极材料，构建了直接甲醇燃料电池器件，提高燃料电池的比能量、比功率、循环寿命。技术创新点及参数采用无模板法控制合成氮掺杂碳中，空球实现分子水平上对材料构筑过程及对该含氮多孔材料结构、组成及其对氧还原催化活性的有效调控。市场前景在当前环境下，寻找新型高效的催化剂以降低贵金属铂的用量，并对氧还原反应保持较高的催化活性，已成为当前研究的一个重要课题，该项目未来社会意义和经济意义重大。