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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
锂空气电池及相关材料
该项目涉及一种含新型催化剂的锂空气电池正极及其制备方法。 锂空气电池正极材料的质量组成：催化剂为 5-30％，碳材料为 40-80％， 粘结剂为 5-30％。催化剂为金属纳米颗粒(20-60nm)高分散在微米级 的碳片上的复合材料；所述金属纳米颗粒为钴、镍、铜、锌、锰、铬、 钼、钒或钇。碳材料包括乙炔黑、超导炭黑、碳纤维、石墨烯、超导 炭黑、科琴黑、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩一种或两种。粘结剂为聚四 氟乙烯、聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚乙二醇和丁苯树脂一种 或两种以上。本发明的优点是：该催化剂可促进氧的还原，降低充电 过电位，在锂空气电池中表现出优异的电催化性能；而且该催化剂工 艺简单，采用环保无毒的试剂，在锂空气电池领域有广泛的应用前景。专利号：201310524508.7
南开大学
2021-04-13
水系热化学电池
9 月 11 日，《科学》（Science）以 First Release 形式刊发了武汉光电国家研 究中心周军教授团队最新研究进展 “Thermosensitive-crystallization boosted liquid thermocells for low-grade heat harvesting”。该研究工作第一署名单位为华中科技大学武汉光电国家研究中心，博士生余帛阳、段将将副教授为共同第一作者，周军为通讯作者。此外，论文合作者还包括武汉大学化学与分子科学学院丛恒将副教授、周军团队多名研究生（谢文科、柳容、庄欣妍、王卉、齐备）、华中科技大学材料科学与工程学院徐鸣教授和中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士等。
华中科技大学
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
超安全锂电池技术
常用的锂电池在被刺穿或击穿的情况下会马上短路，通常会立即起火甚至爆炸，并立即失去电源功能。课题组研发了一款具有应急功能的12V-22AH锂电池。该电池该在被刺穿（或击穿）的情况下不会爆炸或起火，而且还能继续给负载供电一段时间（30分钟以上）。该电池使用安全性能优异的正极和负极材料，并在胶体电解液中添加了阻燃聚合物和导热聚合物，确保电池被刺穿时不会起火和严重短路，只表现出可接受范围内的压降，不会马上断电，还可以继续给负载供电一段时间。该电池是一款超级安全并有特殊应急功能的锂电池，可以用于军工电源产品和其它极端环境下的电源系统。
上海理工大学
2021-04-13
钠离子电池实现量产
中科海钠，一家只有 4 岁的新公司，基于中科院物理所陈立泉院士、胡勇胜研究员领衔的技术研发团队的核心技术，成为国内首家、国际上为数不多的专注钠离子电池研发和制造的高新技术企业，走在了世界前列。正极、负极、电解液是钠离子电池的三大要素。其中，大部分正极材料面临稳定性差、循环寿命短、成本较高等瓶颈问题。为解决这些问题，胡勇胜科研团队绕过了锂离子电池常用正极材料中的高价格元素镍、钴等，使用铜、铁和锰等比较便宜的常见元素，研究出一种低成本、高稳定性、长寿命的钠离子电池层状氧化物正极材料体系。 2021 年 3 月底，中科海钠宣布完成数亿元级 A 轮融资，本轮融资将用于搭建年产能 2000 吨的钠离子电池正、负极材料生产线。中科海钠拥有多项钠离子电池核心专利，在钠离子电池全生产链各个环节已掌握完全自主研发的核心技术，拥有材料研发平台、百吨级钠离子电池正极和负极材料中试生产线、兆瓦时级钠离子电池中试生产线。目前产品已经在低速车、两轮车和 5G 基站领域开启应用。 2017 年，他们研制出 48V/10Ah 钠离子电池组应用于电动自行车；2018 年，他们研制出 72V/80Ah 钠离子电池组，推出全球首辆钠离子电池电动汽车。2019年，他们推出全球首个 100 千瓦时钠离子电池储能电站，首次实现了钠离子电池在大规模储能上的示范应用。2020 年，全球首款具备自主知识产权的产品化钠离子电池实现量产，电芯产能可达 30 万只/月，海外订单第一期十万只，国内的联合开发产品出货量数万只。 陈立泉院士透露，物理所实际上很早就开始研究固态电池，最早是在 1976 年，以后对固体电解质一直没有停止过研究，最近物理所从计算上发现一些新的材料，同时我们也对固态电池的安全性做了很多工作，发现固态电池安全性是很好的。现在全世界都在做锂离子电池，如果全世界的车都用锂离子电池来开，全世界的电能都用锂离子电池储存的话，根本不够。所以产业一定要考虑新的电池，钠离子电池是首选，2010 年，科学院物理所开始研究钠离子电池，2015 年研制出第一个软包装的电池。 陈立泉谈到，2060 年中国计划实现碳中和。那就现在来说，一定要特别强调能源互联网，能源互联网就可以实现能源的低碳化。交通电气化是一个趋势，包括 2000 年开始就有电动汽车的计划，未来还要继续发展电动船舶、电动飞机。
中国科学技术大学
2021-04-13
半透明有机光伏电池
半透明有机光伏电池具有柔性、质轻、无毒、颜色与透明度可调、 可采用大面积印刷制备、在全方位入射角且弱光环境下仍保持高 效率等特性，在便携式可穿戴电子器件、可充电军用帐篷、汽车及建筑玻璃等领域具有巨大的应用潜力。华南理工大学发光材料 与器件国家重点实验室自主研发了基于酰亚胺功能化苯并三氮唑、 萘二并噻二唑单元的聚合物半导体材料体系，在实验室小面积有机光伏器件的能量转换效率达到18%，在世界范围内率先实现了验证效率超过12%的 1 平方厘米面积的聚合物太阳电池。大面积模组器件效率也超过了 12%，多次刷新国际权威第三方检测机构认证的同类器件的最高效率，达到国际领先水平。
华南理工大学
2023-05-08
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