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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
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
纳米氢化镁燃料电池系统
上海交通大学
2021-04-11
燃料电池高效供氢技术
本项目开发了一种利用氢化物水解的高效燃料电池供氢技术，具有储能密度高、安全性好、使用便捷等优势，非常适用于kW级及以下的中小功率燃料电池的供氢，在户外电源、无人机、小型潜艇、机器人等领域具有广泛的前景。
北京大学
2021-04-19
燃料电池模拟仿真技术
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，
哈尔滨工业大学
2021-04-14
燃料电池混合动力轻轨车
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。
西南交通大学
2016-06-27