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混合型锂离子超级电源的开发与应用转化
汽车的电动化趋势较为明确，开发车用电源系统成为研究的重点和汽车电动化进程的控制步骤。常规的汽车动力电源系统，如锂离子电池、铅酸电池和超级电容器等由于化学本质的限制，如何实现动力电源的功率密度、能量密度和寿命的统一，限制了汽车电动化进程。 在针对锂离子电池和电容器深入研究的基础上，开发了一种全新结构的混合型锂离子动力电源（美国专利：US62/1092330，发明人：郑俊生博士，郑剑平教授/院士）。这种新型动力电源从原理和根本上解决了锂离子电池和超级电容器内部混合的电压匹配的问题，首次实现了两者的有机混合，从而使得车用电源器件的功率密度、能量密度和寿命的统一。 这种新型电源器件的研究已经在实验室获得了很好的性能。他同时具备锂离子电池高能量密度的优点和超级电容器高功率密度和寿命的特征，也是目前唯一能真正满足美国先进电池协会（USABC）对汽车48V启动电源要求的车用电源器件。这种全新的电化学器件在其他方面也显示出了很好的应用前景，比如个人信息终端等电源。
同济大学
2021-04-11
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。
南开大学
2021-02-01
锂空电池及关键材料
研究团队设计和合成出一种具有开放式结构的剑麻状Co9S8材料，并首次将其作为锂空气电池正极。其开放状结构不仅为反应产物提供了丰富储存空间，有效避免不溶Li2O2对空气电极的堵塞。而且，特殊的开放式结构有利于氧气的俘获与释放，为高效快速电极反应提供保障；其次，Co9S8具有优异的催化活性，有效改善了氧气反应动力学，大幅度提高了电极反应速度；最后，Co9S8且具有良好的氧气亲和性，可以诱导氧气在Co9S8纳米棒表面反应生成过氧化锂，形成优异的Li2O2/电极接触界面，从而有利于充电过程中充分发挥Co9S8的催化效率，促进Li2O2的完全分解。所以，该Co9S8空气电极综合解决了上述三个方面的问题，相应的锂空电池表现出优异的电化学性能。在50 mA g-1的电流密度下，可以获得高达~6875 mAh g-1的放电容量，在控制放电容量为1000 mAh g-1的条件下，可以将充放电过电位降低至0.57 V，优于目前已报道的氧化物基催化剂。
厦门大学
2021-04-11
锂硫电池及关键材料
“双高”硫电极复合材料。要实现可超越现有锂离子电池的高比能锂硫电池的商业化应用，不仅需要提高复合正极材料的硫含量（high sulfur content, HSC），还需要有高的硫复合电极的硫载量（high sulfur loading, HSL），形成所谓“双高”电极。研究团队采用模板法构筑了一种新型的准二维多孔蜂窝状Co@N-C材料作为锂硫电池的载硫基体。蜂窝状的结构具有最高的密度、最大的可利用空间以及所需要的材料最少等优势，将这样一种特殊的结构作为锂硫电池的骨架材料，不仅让具有高比表面积的单片蜂窝状实现高含量的硫复合，还可以通过多层蜂窝片的有序堆积实现高的载硫量，同时保持了Co-N的“双催化”、多功能的作用，取得了优异的电化学性能（ACS Nano, 2017,11(11), 11417-11424）。非碳类Co4N基体材料。研究团队首次制备了非碳类介孔Co4N微球作为硫复合电极基体材料，实现了高达95%的载硫量,并取得了优异的电化学性能；同时，该Co4N基体材料对充放电过程中间多硫化物具有更强的亲和性、更快的吸附速度、更高的吸附量，是一种理想的硫复合电极基体材料（ACS Nano, 2017, 11, 6031-6039）。
厦门大学
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
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
新型电池材料绿色合成与高比能电池应用
高比能电池面向国家重大需求，仅锂电池 2017 年市场规模已超过 1 亿 kWh，并且随着电动汽车、规模储能市场的迅速发展，电池需求快速增加，市场规模很快将超过 3000 亿元。 本项目为陈军教授团队十余年的研发成果，主要包含新型锂电池、钠电池、锌电池等新能源电池，可用于电动汽车、可再生能源风光发电储能等领域。 1. 开发了两类新型锂电池正极材料：取代型锰系尖晶石正极材料和掺杂型超高镍含量三元层状材料。这两种材料原料便宜、制备工艺（连续共沉淀与梯度加热）简单，成本优势明显，并且性能优异，产品晶相纯度高、形貌规整、振实密度大、长周期循环稳定性好。 2. 针对传统无机电极材料的不足，研发有机电极材料，它们由高丰度的 C、H、O、N 等元素组成，具有易合成、低成本、绿色环保等突出优点，并且由于可实现多电子反应，容量大、能量密度高，此外有机电极材料柔韧性强，在柔性可折叠等新颖结构电池体系中应用前景巨大。 部分有机电极材料在实验室中已实现公斤级制备，并组装 Ah 级软包全电池，经 18 所等权威机构检测鉴定，能量密度超过 300Wh/kg，通过安全性测试。计划 5 年内完成 1-2 种有机电极材料的中试，并实现部分电池产品的应用示范，具有清洁环保优势。 可合作宏量制备及大容量电池装配，推进中试和产业化，将产生显著经济效益、环境效益和社会效益。
南开大学
2021-02-01
新型电池材料绿色合成与高比能电池应用
高比能电池面向国家重大需求，仅锂电池 2017 年市场规模已超 过 1 亿 kWh，并且随着电动汽车、规模储能市场的迅速发展，电池需 求快速增加，市场规模很快将超过 3000 亿元。 本项目为陈军教授团队十余年的研发成果。 1. 开发了两类新型锂电池正极材料：取代型锰系尖晶石正极材 料和掺杂型超高镍含量三元层状材料。相对于 LiCoO2，这两种材料 原料便宜、制备工艺（连续共沉淀与梯度加热）简单，成本优势明显， 并且性能优异，产品晶相纯度高、形貌规整、振实密度大、长周期循 环稳定性好。 2. 针对传统无机电极材料的不足，研发有机电极材料，它们由高 丰度的 C、H、O、N 等元素组成，具有易合成、低成本、绿色环保等 突出优点，并且由于可实现多电子反应，容量大、能量密度高，此外 有机电极材料柔韧性强，在柔性可折叠等新颖结构电池体系中应用前 景巨大。部分有机电极材料在实验室中已实现公斤级制备，并组装 Ah 级 软包全电池，经18所等权威机构检测鉴定，能量密度超过300Wh/kg， 通过安全性测试。计划 5 年内完成 1-2 种有机电极材料的中试，并实 现部分电池产品的应用示范。 所需条件支持：希望能获得 60-80 万/年经费与 100-200m2实验室 支持，用于购置大容量控温控压反应釜、连续式沉淀反应釜、箱式气 氛炉、旋转窑炉、电池封装机等设备，进行材料制备的进一步工艺优 化、宏量放大制备以及大容量电池装配试验，推进中试和产业化。
南开大学
2021-04-13
新型重金属离子吸附材料
在十月召开的十七届五中全会上，党中央多次强调了：“建设资源节约型、环境友好型社会；发展循环经济，加大环境保护力度，加强生态保护体系建设，增强可持续发展能力。”这说明，当前我国环境治理工作的重要。发展循环经济，除了资源节约，更重要的是环境友好，因为这涉及到子孙后代的健康和国民身体素质的优劣。随着我国经济的快速发展，环境的污染越加严重，特别是有毒重金属的污染不仅蔓延到江河湖泊地下水，也已渗入到植物、动物，因此通过食物、药物已影响到国民的健康及生命。有毒重金属污染的治理较为理想的方法是：即可去除污染的重金属，使污染的水达标排放；又可将重金属资源循环再利用；其三，用以处理重金属的材料也可循环多次使用，从而达到“三循环”，实现最大资源化。本成果可根据具体污染源，设计专一性的重金属离子吸附材料，该材料可高效专一性吸附所涉重金属离子，使污染水质达标排放后，所吸附的重金属离子可选择性解吸附使重金属离子资源回收再用，而所用吸附材料也可再生重复使用。应用领域: 废水中重金属离子的吸附与回收利用
南京工业大学
2021-04-13
巨热电势的离子热电材料
基于Seebeck效应的热电转换材料可以实现热能与电能之间的直接相互转换，可为物联网体系中的小型传感器或电子设备提供可持续工作的电能。目前，基于传统电子型的热电转换材料（e-TE）在室温环境下捕获的能量可以达到毫瓦级的输出功率，但是受半导体电声输运行为的限制，优化的热电势约在200 μV/K左右。为获得1-5伏的供传感器工作的电压，在室温环境下的小温差工况下需要成千上万对n/p传统电子型热电对，增加了热电器件的集成难度和复杂程度；或者需要外接DC-
南方科技大学
2021-04-14