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。项目团队基于固态离子理论，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。项目取得完整知识产权，申请发明专利15件，授权发明专利8件。

在设计柔性锂离子电池负极材料上取得了突破，以表面刻蚀剥离处理的碳布为基底(CC@EC)，水热法生长NiCo2O4(NCO)纳米线阵列。当其应用于锂离子电池负极时，表现出了优异的储锂性能。作者通过DFT计算发现，NCO与CC@EC具有强的相互电子作用、在锂离子传输过程中具有更低的反应能垒。此外，作者进一步通过原位拉曼光谱阐明了CC@EC基底对电极材料储锂性能提升的贡献因素。在此基础上，获得了具有高载量下高能量密度 (314 Wh/kg) 的全柔性锂离子电池(总重量为281 mg)，具有出色的柔韧性和良好的储能性能，为未来的便携能源开启了新的方向。

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心及化学与材料科学学院的曾杰教授团队和国家同步辐射实验室鲍骏教授团队合作，通过精准的氧化刻蚀，调控钯铂合金的形貌和组分，设计并构筑出了超立方体框架结构催化剂，其在氢氧燃料电池阴极反应中表现出高活性和高稳定性。研究成果以 “Pd-Pt Tesseracts for the Oxygen Reduction Reaction”为题发表在《美国化学会志》上（J. Am. Chem.Soc. 2021,doi.org/10.1021/jacs.0c12282）。该研究团队受三维立方体向四维超立方体演变的启发，将钯铂均匀合金立方体进行氧化刻蚀，通过精准调控钯原子的去除和余下钯原子与铂原子的重排，得到钯铂合金超立方体框架结构（图 1）。此外，通过调节初始立方体中钯、铂两种元素的比例，还可以得到八足体和立方框架结构。在氢氧燃料电池阴极催化测试中，立方框架结构、超立方体结构和八足体结构的单位质量活性分别达到了商用铂碳催化剂的 4.1 倍，11.6 倍和 8.3 倍。此外，超立方体结构催化剂还表现出了最高的本征活性（2.09 安培每平方厘米）和优异的性能稳定性。密度泛函理论计算表明超立方体表面晶面的氧吸附能最接近于理论最优值，这一趋势与实际测试的氧还原活性顺序相一致。这种新的超立方体框架催化剂设计理念为今后相关电催化剂的设计提供了新的思路。

1、系统功能 蓄电池在制造过程中必然存在的容量不一致和性能差异，造成后期成组使用时某些电池易出现过充和过放，严重影响整组电池的寿命。 针对这一现状研制的“蓄电池状态检测及均衡活化系统”，结合现场的蓄电池充放电活化维护过程（即“三充两放”），可以完成如下功能： Ø  自动实时检测电池状态 蓄电池的端电压是反映其性能的重要参数，也是目前现场人工检测的主要依据。自动检测功能可以减少维护工作量，降低工人劳动强度。 Ø  自动均衡放电 在活化过程中，系统根据测量结果能够对电池进行自动均衡，保证每只电池都得到充分活化，最大限度增加电池的寿命，降低运营成本。 Ø  蓄电池活化曲线 系统将整个活化过程中所有蓄电池的端电压的测量结果记录并生成活化曲线，在计算机的显示器上直接显示，结果清晰直观，也便于对每只电池的特性做进一步分析。 Ø  报告电池状况 系统根据均衡活化过程的检测数据对电池的老化程度进行判断，对于性能很差或即将损坏的电池经过活化后仍不能恢复时，提示维护人员更换电池，以免影响整组电池的正常使用。 2、系统特点 该系统结合微电子、SMT、计算机控制、EMC、网络以及电力电子等技术，系统具有以下特点： 可靠性高；测量准确；均衡效果好；判断蓄电池状态准确；使用简便。 电动汽车的运用经验表明，增加该系统后，电池寿命延长30％。 3、系统结构 系统采用计算机控制，网络结构，避免了很多的拉线工作，系统的结构框图如图所示。 系统结构布置图 系统电气柜由控制主机（操作台）、电源开关箱、8个监控箱组成。 监控主机为工业级平板式计算机，带有显示、监控、专家系统以及远程通讯功能，负责在均衡活化过程中的数据采集、活化过程的报表生成以及电池状态的判断。 电源开关箱负责8个监控箱的供电，其中左侧双极空气开关为监控箱的总开关，右侧顺序布置的8个单极空气开关依次分别为1～8#监控箱独立开关。 每个监控箱由6个电池状态检测和均衡控制模块组成。每个模块完成单只蓄电池的状态检测和均衡控制，优化活化过程。 连接方式如下： 1）状态检测和均衡控制模块与控制主机通过柜内网络通讯线连接； 2）均衡模块与电池的连接采用夹子进行连接，拆装方便。 系统电气原理连接示意图 4、检测原理 检测及均衡模块原理如下图所示。   检测及均衡功能原理框图  电池电压经过滤波电路进入AD，由检测模块的CPU进行检测，CPU检测的数据通过网络通讯线（RS-485）传输到上位计算机的监控软件。为了提高系统的可靠性，因此检测模块采用了隔离的变换电路，同时CPU采用了Microchip公司的PIC系列单片机，A/D采用了具有双积分特性的电路，其与CPU接口通过单总线连接。 单节电压检测精度，由于采用的A/D为10位，分辨率为0.01V，对于2V电池来说，最大检测误差为±0.01V，该A/D温度特性比较好，从-40℃到+70℃均保持了良好的温度稳定性。 5、均衡原理 均衡采用了我公司的发明专利技术，专利申请号（03156376.7）。采用该种均衡方案，均衡电流为5～6A，对于200Ah电池，可在1个小时内补偿其2.5％的不均衡度，一般的蓄电池不均衡度不会超过10％，因此系统可在4个小时内将电压均衡。 详细的技术细节请参见专利公开书。 6、监控软件 ①与检测均衡单元通讯程序，采用标准RS-485方式通讯，具有可靠性高的优点； ②诊断系统，利用专家系统，采用仿人的智能判断方法； ③系统整个流程如下图所示； ④系统具有远程通讯功能，可以和机务段其他设备联网运行。

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

该电池利用了若干种纳米结构的锂硫正极材料，通过将形成纳米级分散的杂化结构，该复合正极材料有很好的导电性，其结构能有效缓冲单质硫在锂化时的体积膨胀，并且有很强的多硫化锂吸附能力，能够阻止多硫化物的穿梭效应，因此锂硫电池的循环稳定性和倍率性能都有很大提升。这种电极材料在单质硫的担载量为80 wt%的情况下，以1.0 C的电流密度循环1500圈后，比容量仍能维持在570 mAh g-1，平均每圈的衰减速率仅为0.026%。更为重要的是，在单质硫的面积负载率高达3.2 mg cm-2下，仍然具有稳定的循环

1. 痛点问题 锂离子电池是目前应用最广泛的储能装置，产业发展迅猛。随着电动汽车的兴起，大功率动力电池的出现对锂离子电池的安全性提出了巨大的挑战。其中电池隔膜耐热性差是其中最主要的安全隐患之一。目前常见的锂离子电池隔膜为聚烯烃材质，通常为聚丙烯、聚乙烯或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的夹层结构，熔点低于170℃，当电池因内部或外部原因造成升温时，隔膜会熔融并收缩，造成正负极直接接触导致短路，引起电池燃烧、爆炸等意外事故的发生。 2. 解决方案 聚对苯二甲酰对苯二胺（以下简称PPTA）是一种刚性液晶高分子，具有优异的热稳定性，热分解温度高达550℃。将PPTA取向制成的纤维还具有优异的力学性能，因此PPTA是一种有效的解决锂离子电池隔膜耐热隐患的材料。但是由于PPTA分子刚性，而且分子间有强烈的氢键作用，所以在普通溶剂中很难溶解，因此将其制成多孔膜在技术上还是一个巨大的挑战。本项成果在大量研究基础上提出了一种新的制备对位芳纶/聚烯烃复合隔膜的方法，利用对位芳纶的刚性及高耐热性，制备出各项性能满足锂离子电池性能要求且可以大幅提高电池安全性的隔膜材料。 合作需求 与合作方共同推进工业生产和应用，合作方需具备资金、场地、技术团队等。

成果简介：第三代太阳能电池技术中，染料敏化太阳能电池（DSSC）技术是 其中重要的研究项目，其最大优点在于制作简单、原材料便宜、应用范围较大、捕获太阳光的能力较强，适合生产 BIPV（建筑一体化光伏）系统。据估 算，染料敏化太阳能电池（DSSC）的成本远低于硅电池的成本，能在昏暗甚 至是室内人工照明的环境下发挥作用，而晶体硅系统和其他薄膜技术几乎不 可能做到这一点。课题组成员多年来从事染料敏化太阳能电

本发明公开了一种柔性太阳能电池。所述柔性太阳能电池从底面至顶面依次包括：柔性衬底，反射式金属层，多层光活性层，透明导电层以及金属网格；所述反射式金属层用于反射入射光线，以提高所述柔性太阳能电池的光能吸收率，同时作为所述柔性太阳能电池的阴极；所述多层光活性层用于将光能转化为载流子，并进一步转化为电能；所述透明导电层用于作为所述柔性太阳能电池的阳极；所述金属网格用于收集透明导电层的电荷，以增强所述透明导电层的导电性

成果创新点 该系统主要创新点是将电池热管理系统与安全防护系 统一体化，具有散热快、安全高效的优点。 技术成熟度 关键技术研发阶段。 市场前景 新型电池热管理及安全防护系统技术领先，应用前景 较好。核心技术一旦突破、可望大规模地推广应用。 转化计划 计划三年内完成实验室建设，设备安装调试、制备填 补行业空白的样品，两年实现行业领域的应用与推广。以 科