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小型燃料電池的基本要求應(yīng)是可以室溫快速啟動(dòng)、工作溫度低、壽命長(zhǎng)、比功率和比能量高、燃料和氧化劑便宜易得、易儲(chǔ)存和攜帶（無(wú)毒或低毒，或者有毒物無(wú)外滲透問(wèn)題）、且整體體積小等。根據(jù)燃料電池的分類及工作原理，只有低醇類質(zhì)子交換膜燃料電池最接近這一要求。但質(zhì)子交換膜燃料電池商品化必須解決成本和燃料兩大問(wèn)題。據(jù)報(bào)，目前質(zhì)子交換膜燃料電池成本已降至每千瓦數(shù)百美元，通過(guò)批量生產(chǎn)和提高技術(shù)水平，還有可能進(jìn)一步降低成本。最理想的燃料是純氫，但儲(chǔ)氫材料及其安全性仍是極大困難。含一個(gè)碳的甲醇（CH3OH）在催化劑的作用下部分氧化、并經(jīng)凈化制富氫，是一個(gè)理想的替代氫源，而且原有的加油系統(tǒng)可以共用。但甲醇蒸汽有毒（會(huì)造成眼睛失明）且甲醇易滲透污染地下水，因此，直接甲醇燃料電池必須很好地解決密封和環(huán)保處理問(wèn)題。而這一困難，對(duì)于間接甲醇燃料電池就比較容易解決。所謂間接甲醇燃料電池，就是將燃料系統(tǒng)分開(kāi)，先用甲醇催化氧化制出富氫，而后再進(jìn)入電池作為燃料。

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有能量轉(zhuǎn)換效率高和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)， 是電動(dòng)汽車的理想動(dòng)力源。但燃料電池電動(dòng)汽車(FCV)的商業(yè)化，必須解決基 于碳載鉗(Pt/C)催化劑FCV的高成本問(wèn)題。 自2009年美國(guó)科學(xué)家在Science雜志報(bào)道氮參雜碳納米管(NC)具有潛在 的氧還原(0RR)催化活性以來(lái)，化學(xué)家與材料科學(xué)家一直在探尋如何進(jìn)一步 提高NC材料的0RR催化活性的方法，以代替目前燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)中的Pt/C催化劑。因此，我們的研究團(tuán)隊(duì)基于氮參雜石墨烯(NG)材料，在國(guó)際上首次通過(guò) “NG分子結(jié)構(gòu)一NG電導(dǎo)率一0RR催化活性”的關(guān)聯(lián)，找到了該科學(xué)難題的突破 點(diǎn).我們?cè)诜肿咏Y(jié)構(gòu)模擬的基礎(chǔ)上，認(rèn)識(shí)到三種氮參雜NG材料中，既唳型和既 咯型具有二維平面結(jié)構(gòu)，使NG保持了石墨烯原有的平面共輾大兀鍵結(jié)構(gòu)，具 有良好的導(dǎo)電性，因而具有優(yōu)異的0RR催化活性；而丁基型NG為三維空間不 平整結(jié)構(gòu)，破壞了石墨烯原有的二維平面共巍大e鍵結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性差，因而0RR 催化活性低。因此，有效的氮參雜應(yīng)以唬唳型和唬咯型為主，盡可能減少甚至 杜絕丁基型NG的形成。我們利用層狀材料(LM)的層間限域效應(yīng)，通過(guò)調(diào)制LM 層間距，在LM層間插入苯胺單體，層間聚合，然后熱解的方法，獲得平面氮參雜 達(dá)90%以上的NG材料。其催化0RR的半波電位僅比Pt/C催化劑落后60mV,是傳 統(tǒng)方法下獲得的NG材料0RR催化活性的54倍，以該材料為正極催化劑的質(zhì)子 交換膜燃料電池的輸出功率達(dá)580mW/cm ,與Pt/C催化劑的0RR活性處于同一 個(gè)數(shù)量級(jí)，為世界領(lǐng)先水平。我們開(kāi)發(fā)的此類新型NG材料已經(jīng)具備了在燃料 電池發(fā)動(dòng)機(jī)中完全替代Pt/C催化劑的可能性。LM層間近乎封閉的扁平反應(yīng)空間 不僅克服了傳統(tǒng)開(kāi)放體系下合成的NG以丁基型為主，導(dǎo)電性差，活性低的弊病， 而且也克服了開(kāi)放體系下因摻N效率低而導(dǎo)致合成NG成本高的問(wèn)題。該研究成 果意味著，長(zhǎng)期困擾燃料電池實(shí)用化的高成本問(wèn)題將不再是瓶頸問(wèn)題。

能源危機(jī)與環(huán)境污染已成為限制當(dāng)今人類社會(huì)發(fā)展的兩個(gè)問(wèn)題，而解決能源危機(jī)與環(huán)境污染的主要手段就是大力發(fā)展新能源技術(shù)。新能源技術(shù)中的燃料電池技術(shù)以其環(huán)境污染少，發(fā)電效率高而得到人們?cè)絹?lái)越多的重視。在燃料電池中，燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電效率不受卡洛循環(huán)限制。目前最具有應(yīng)用前景的是質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)和固體氧化物燃料電池技術(shù)。燃料電池技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在與新材料的開(kāi)發(fā)，基于材料的優(yōu)化得到更好的燃料電池產(chǎn)電輸出性能。我們基于固態(tài)離子理論，設(shè)計(jì)了一系列燃料電池電極新材料及新結(jié)構(gòu)，以提高電池輸出性能為目的，開(kāi)發(fā)了一系列高性能的陽(yáng)極功能材料，陰極層材料與新結(jié)構(gòu)，并取得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，申請(qǐng)發(fā)明專利多項(xiàng)，目前已有9項(xiàng)相關(guān)專利獲得授權(quán)，在國(guó)際上發(fā)表大量學(xué)術(shù)論文。在質(zhì)子交換膜燃料電池制備方面，我們開(kāi)發(fā)了低成本的熱噴涂法制備質(zhì)子交換膜燃料電池的技術(shù)，并取得中國(guó)發(fā)明專利的授權(quán)，獲取自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并得到應(yīng)用，成功制備了50-1000 W的質(zhì)子交換膜燃料電池電池堆，并改造后應(yīng)用于便攜式電源設(shè)計(jì)與分散發(fā)電。結(jié)合使用儲(chǔ)氫材料罐，可得到一套車用發(fā)電系統(tǒng)；在固體氧化物燃料電池單電池制備方面，我們開(kāi)發(fā)了一套基于陽(yáng)極基底流延制備、電解質(zhì)與陰極層噴涂制備共燒結(jié)的單電池制備工藝，并用于制備大面積的平板固體氧化物燃料電池，并組裝了平板電池堆，得到的單電池性能優(yōu)越。在前期科技部863項(xiàng)目的資助下，我們開(kāi)發(fā)了一系列陽(yáng)極功能層材料，用于以甲烷、煤層氣以及生物質(zhì)氣為燃料的固體氧化物燃料電池發(fā)電，得到了較好的發(fā)電穩(wěn)定性和溫度適應(yīng)性。目前，我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了便攜式的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電裝置，可用于便攜式供電與不間斷電源；在前期大量的工作基礎(chǔ)上，我們還開(kāi)發(fā)了完備的固體氧化物燃料電池材料生產(chǎn)技術(shù)和固體氧化物燃料電池單電池制備技術(shù)，將可以為將來(lái)的燃料電池產(chǎn)業(yè)化與商業(yè)應(yīng)用提供基礎(chǔ)。●應(yīng)用前景： 目前燃料電池技術(shù)應(yīng)用的最大障礙在于其高成本、低穩(wěn)定性，隨著人們對(duì)新能源技術(shù)進(jìn)步的要求不斷提高和燃料電池技術(shù)的進(jìn)步，燃料電池技術(shù)應(yīng)用的市場(chǎng)將越來(lái)越大。目前燃料電池的低成本制備在新材料開(kāi)發(fā)的促進(jìn)下，取得了較大進(jìn)展，燃料電池技術(shù)商業(yè)化示范運(yùn)行目前已在美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家開(kāi)展，技術(shù)成熟之后在世界范圍內(nèi)將會(huì)有更大的市場(chǎng)前景。

進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，電子與信息技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，各類微小型便攜式電子產(chǎn)品如手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼影像設(shè)備等相繼涌現(xiàn)出來(lái)，給人們的生活帶來(lái)了極大的便利。但是電子產(chǎn)品升級(jí)換代的加快和產(chǎn)品功能的日趨多樣化，對(duì)現(xiàn)有微電源系統(tǒng)（鋰離子電池、鎳氫電池等）性能提出越來(lái)越高的要求，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的電源供需矛盾日益突出，形成所謂的“能量鴻溝”（ Power Gap ）。發(fā)展新的高比能電源系統(tǒng)已不可避免地成為突破下一代便攜式電子產(chǎn)品發(fā)展瓶頸的緊迫任務(wù)。基于微機(jī)電系統(tǒng)（ MEMS ）技術(shù)的燃料電池微電源系統(tǒng)，因具有高比能、高效率、清潔環(huán)保、使用方便等突出優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注。其理論能量密度為現(xiàn)有鋰離子電池 10 倍以上、能量效率可達(dá) 60~70% 、工作過(guò)程零排放、可瞬間完成燃料加注，是面向便攜式電子產(chǎn)品的新一代理想替代電源。

直接甲醇燃料電池（DMFC）由于使用液體甲醇作燃料，電池安全，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便，具有很廣闊的商業(yè)化前景。從目前的技術(shù)水平看，DMFC的功率密度比氫氧燃料電池低，因此這類電池更適用于小型電器中，如移動(dòng)電話、筆記本電腦等。美國(guó)能源部認(rèn)為用于發(fā)電站和電動(dòng)汽車的大型燃料電池，商品化制造成本一定要低于$500/kW，而對(duì)應(yīng)用于電子產(chǎn)品中的小型燃料電池，其制造成本可允許高達(dá)$2000/kW。與二次電池相比，微型或小型DMFC主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：（a）長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)提供電能；（b）充加燃料方便，它可避免二次電池充電時(shí)間長(zhǎng)、電池記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命短等不便；（c）無(wú)污染、回收處理方便。北京科技大學(xué)在國(guó)家自然科學(xué)基金委、教育部和國(guó)家863計(jì)劃支持下，開(kāi)展了熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）和直接甲醇燃料電池（DMFC）的研究開(kāi)發(fā)工作：（1）Pt基非貴金屬多元合金、Pt基過(guò)渡金屬或稀土金屬氧化物催化劑；(2)甲醇溶液中穩(wěn)定的輕質(zhì)雙極板等材料；(3)催化劑碳載體材料；（4）膜電極及直接醇類燃料電池組樣機(jī)。

主要研究?jī)?nèi)容 1、甲醇陽(yáng)極與氧陰極催化劑研究。 2、固體高分子膜防透醇研究。 3、三合一膜電極制備技術(shù)研究。 4、單體電池的設(shè)計(jì)與性能研究。 5、電池組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與8W樣機(jī)研制。技術(shù)指標(biāo) 陽(yáng)極鉑載量≤3mg/cm2，陰極鉑載量≤1mg/cm2；80℃，單體電池比功率≥80mW/cm2；30℃，陰極為常壓空氣，單體電池比功率≥12mW/cm2；8W樣機(jī)正常運(yùn)行40h。產(chǎn)業(yè)化前景

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)可廣泛應(yīng)用于無(wú)人飛機(jī)和電動(dòng)汽車增程器，該項(xiàng)目以天然氣、汽油和柴油等多種燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)為對(duì)象，聚焦缸內(nèi)工作過(guò)程，致力于揭示流動(dòng)和燃燒過(guò)程的發(fā)展規(guī)律，實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)混合氣的濃度分布、點(diǎn)火和燃燒的有效控制，以達(dá)到高效清潔燃燒的目的。目前已經(jīng)取得的進(jìn)展包括：國(guó)內(nèi)率先建立了光學(xué)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架和轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的三維動(dòng)態(tài)計(jì)算模型；國(guó)內(nèi)率先完成了缸內(nèi)流場(chǎng)的PIV（Particle Image Velocimetry）測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了缸內(nèi)渦流的存在并解釋了其產(chǎn)生的原因；通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究工作總結(jié)出了轉(zhuǎn)子

乙醇回收滲透汽化膜是由無(wú)機(jī)材料經(jīng)過(guò)高溫?zé)浦苽涠傻幕橹螌樱谥螌颖砻娼?jīng)過(guò)特殊制備工藝制備而成的致密膜為分離層的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的管式復(fù)合膜，膜表面平整無(wú)缺陷，膜層厚度均勻；分離膜與基膜結(jié)合完好，具有抗污能強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，可以用來(lái)富集低濃度的含醇溶液的富集。主要應(yīng)用方向有：燃料乙醇發(fā)酵液、丁醇發(fā)酵液、低濃度含醇溶液中的醇類物質(zhì)的富集。

1 成果簡(jiǎn)介 鋅-空氣燃料電池作為一種新型的燃料電池系統(tǒng)，用鋅作能量來(lái)源，實(shí)現(xiàn)發(fā)電。鋅-空氣燃料電池具有如下特點(diǎn)： 與一般氫空氣燃料電池比，成本低，不需要貴金屬做催化劑； 與一般蓄電池比，不需要充電，可像加油一樣快速補(bǔ)料； 與燃油內(nèi)燃機(jī)比，燃料可再生，鋅發(fā)電后變?yōu)檠趸\可通過(guò)電解得以還原； 環(huán)保安全，放進(jìn)火里也不燃燒。 本研究組已研究開(kāi)發(fā)出 200 瓦的 5 節(jié)燃料電池堆，其電流密度指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)，證明了設(shè)計(jì)方案的可行性。利用該技術(shù)方案，依據(jù)功率需求可開(kāi)發(fā)大小不等的鋅-空氣燃料電池系統(tǒng)。為產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，接下來(lái)需要做的工作是設(shè)計(jì)產(chǎn)品構(gòu)型、完善整體集成。 2013_8_1 上圖 用于方案驗(yàn)證的鋅-空氣燃料電池系統(tǒng) 2 應(yīng)用說(shuō)明 鋅-空氣燃料電池可做軍用電源，具有補(bǔ)充能量快、安全的優(yōu)勢(shì)；可配合風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的大型儲(chǔ)能-發(fā)電裝置，為電網(wǎng)調(diào)峰補(bǔ)谷，具有安全、成本低優(yōu)勢(shì)；可作為未來(lái)電動(dòng)汽車的動(dòng)力電源，具有安全、價(jià)廉、不需要充電、續(xù)駛里程長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。 3 效益分析 量產(chǎn)的鋅-空氣燃料電池系統(tǒng)，制造成本與鉛酸蓄電池相當(dāng)，而使用壽命更長(zhǎng)。 4 合作方式 聯(lián)合開(kāi)發(fā)。

成果描述：利用水解酶催化的高效、高選擇性以及反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，在酶促合成藥物、天然產(chǎn)物以及新型高分子藥物方面進(jìn)行了重要的發(fā)展，所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)生物催化的應(yīng)用和理論研究均有重要意義。主要包括脂肪酶高選擇性催化合成一系列可聚合莽草酸乙烯酯衍生物，具有藥理活性的、水溶性得到提高的酮洛芬糖脂衍生物，一系列烷基取代的苯并咪唑衍生物以及酮洛芬的聚酯前藥等。反應(yīng)選擇性好，產(chǎn)率高，同時(shí)所得到的高分子前藥具有較好的緩釋效果，部分化合物還表現(xiàn)出熱敏性，為其進(jìn)一步的應(yīng)用提供更多的基礎(chǔ)。市場(chǎng)前景分析：還處于實(shí)驗(yàn)室研制階段。與同類成果相比的優(yōu)勢(shì)分析：反應(yīng)活性及選擇性的控制 大規(guī)模反應(yīng)條件的控制 國(guó)際先進(jìn)