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1 成果簡(jiǎn)介作為一種清潔、高效的能量轉(zhuǎn)換裝置， 燃料電池是各種電化學(xué)電池體系中的理論比能量“ 絕對(duì)冠軍”， 而且功率密度高、電流密度大， 是最先進(jìn)的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)之一。燃料電池在發(fā)電過程中，除了提供電能以外，還會(huì)產(chǎn)生廢熱。所以傳統(tǒng)燃料電池電堆中，單片燃料電池之間通常設(shè)有冷卻板，需要采用大流量的空氣或者冷卻水來為燃料電池散熱。而燃料電池工作時(shí)需要?dú)錃庾鳛槿剂希绻詢?chǔ)氫合金作為氫源，則儲(chǔ)氫合金在釋放氫氣時(shí)會(huì)吸收熱量。 本成果將燃料電池與儲(chǔ)氫單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)的耦合，可利用儲(chǔ)氫合金來部分吸收燃料電池發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的廢熱，既解決了燃料電池水管理和熱管理的難題，又能解決儲(chǔ)氫單元放氫穩(wěn)定性的問題，還能降低燃料電池系統(tǒng)寄生功率，提高系統(tǒng)的功率密度和能量密度。表 1 中列出了耦合型燃料電池的性能參數(shù)。本成果耦合型質(zhì)子交換膜燃料電池解決了質(zhì)子交換膜燃料電池的水熱管理問題，能夠使燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，能量密度和功率密度更高。 上圖 耦合燃料電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部結(jié)構(gòu)圖2 應(yīng)用說明經(jīng)過近十年來的電動(dòng)汽車、分布式電站、電源等領(lǐng)域的廣泛示范應(yīng)用（燃料電池已經(jīng)在航天、軍事上得到應(yīng)用，燃料電池家用電源已經(jīng)在日本產(chǎn)業(yè)化），質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)的成熟度已經(jīng)逐漸被用戶所接受。目前，其商業(yè)化主要問題是價(jià)格較高（采用進(jìn)口材料成本昂貴），而本項(xiàng)目利用國(guó)產(chǎn)原材料制備燃料電池電源，燃料電池材料供應(yīng)不僅有安全保障，而且還有低成本優(yōu)勢(shì)，可望克服燃料電池高成本的商業(yè)化障礙。3 效益分析由于目前國(guó)內(nèi)外尚無同類產(chǎn)品，而且各行各業(yè)對(duì)新型電源的需求比較迫切，因此本成果具有較大的推廣空間。 如批量生產(chǎn)， 本電源價(jià)格每臺(tái)約 1500 元/千瓦。 來自政府的資金補(bǔ)助以及軍事、工業(yè)、新能源等應(yīng)用領(lǐng)域的直接采購(gòu)是使燃料電池電源商業(yè)化逐漸興盛的主因。據(jù)美國(guó)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu) Pike Research 估計(jì)， 2016 年市場(chǎng)上的主力燃料電池產(chǎn)品功率將在 100W~2kW 之間，用于替代部分鉛酸電池和柴汽油發(fā)電機(jī)，主要應(yīng)用于船舶、 專用車、無人載具、 戰(zhàn)場(chǎng)支持系統(tǒng)、 備用電源、 應(yīng)急電源等。

1 成果簡(jiǎn)介燃料電池應(yīng)用于軍事、汽車、移動(dòng)設(shè)備和家庭等領(lǐng)域。對(duì)于新生產(chǎn)的燃料電池堆，或在用的燃料電池堆，常需要了解電池堆內(nèi)各節(jié)燃料電池的一致性和膜電極情況，但是國(guó)內(nèi)外一直缺少檢測(cè)燃料電池堆膜電極的技術(shù)和測(cè)量裝置。 課題組研究出一種可方便檢測(cè)燃料電池堆膜電極狀況參數(shù)的方法和儀器。該測(cè)量?jī)x具有如下功能和特點(diǎn)：可同步測(cè)量膜電極的催化劑有效活性面積、雙電層電容、氫滲透電流和阻抗；數(shù)據(jù)自動(dòng)采樣，結(jié)果自動(dòng)處理；可用于測(cè)量燃料電池單體和燃料電池堆，解決了以往即使檢測(cè)燃料電池單體膜電極也需要多臺(tái)測(cè)試儀器的問題，填補(bǔ)了燃料電池堆膜電極檢測(cè)儀器的空白。測(cè)量?jī)x可用于科研中對(duì)燃料電池內(nèi)部不一致性的檢查和原因辨析，可用于對(duì)各種場(chǎng)合的燃料電池堆進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查和老化診斷，可用作燃料電池堆初裝過程中的成組選配檢測(cè)工具。查新表明，國(guó)內(nèi)外目前尚未發(fā)現(xiàn)有相似原理的儀器，具有較大的推廣使用空間。測(cè)量?jī)x包括硬件部分和軟件部分。研究組已開發(fā)出測(cè)量?jī)x的初級(jí)版，參見下圖。初級(jí)版的測(cè)試軟件基于 Labview 編寫，界面簡(jiǎn)單易操作，通過配合電腦完成測(cè)量。研究組現(xiàn)在正進(jìn)行開發(fā)測(cè)量?jī)x器的升級(jí)版，期望其能夠脫離電腦單獨(dú)測(cè)量，更美觀，更實(shí)用。  上圖 初級(jí)版電池堆膜電極檢測(cè)儀2 應(yīng)用說明研究組應(yīng)用該方法和測(cè)量?jī)x進(jìn)行了多次測(cè)量和研究，成果在國(guó)際國(guó)內(nèi)會(huì)議的宣傳推廣中得到了許多同行的好評(píng)，并表示有購(gòu)買意向。

本技術(shù)成果研發(fā)了一種微波輔助提取-高速逆流色譜聯(lián)用方法及其裝置。首先采用微波輔助提取模式 本技術(shù)成果研發(fā)了一種適于裝載分子印跡攪拌棒的解吸池，包括一上部池體及一下部池體。上部池體 提取物料；然后提取液濃縮預(yù)分離；最后通過高速逆流色譜純化制備得到目標(biāo)組分或分析天然產(chǎn)物提取液 的底部連接于下部池體的頂部且兩者內(nèi)部形成一上下貫通的解吸腔，上部池體頂部設(shè)有一液流出口，下部 中的目標(biāo)組分；上述步驟通過接口及轉(zhuǎn)換控制實(shí)現(xiàn)微波輔助提取、分離、純化、高速逆流色譜制備或分析 池體下部圓周對(duì)稱地均布有三個(gè)液流入口，液流出口及液流入口與所述解吸腔連通；還包括一分子印跡攪 于一體，可直接從天然產(chǎn)物中提取得到毫克級(jí)高純度對(duì)照品，具有快速高效、高選擇性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)天然 拌棒，放置于所述解吸腔中；還包括一密封圈，密封所述上部池體及下部池體的連接部。上述解吸池配以 產(chǎn)物快速高效的在線提取分離、純化制備或分析。“天然物質(zhì)提取分離純化的實(shí)驗(yàn)室制備微波裝置”集微 微量注射泵可實(shí)現(xiàn)對(duì)分子印跡攪拌棒的高效流動(dòng)加熱解吸。另外在該解吸池的基礎(chǔ)上，通過與高效液相色 波輔助提取快速高效分離的優(yōu)勢(shì)和高速逆流色譜高效純化、制備

利用豐富的、開再生的玉米秸稈、麥稈、稻草等農(nóng)作物秸稈原料生產(chǎn)燃料乙醇，是當(dāng)前世 界生物能源產(chǎn)業(yè)的前沿技術(shù)領(lǐng)域，是未來替代石油能源的主要技術(shù)路線。本技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化實(shí)施 可以高效率進(jìn)行農(nóng)作物廢棄物的資源化利用，對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代具有重 大的提升作用，并大幅減少因秸稈焚燒帶來的霧霾等大氣污染因素。然而，高額生產(chǎn)成本嚴(yán)重 阻礙了本技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。目前，秸稈燃料乙醇的生產(chǎn)成本具體表現(xiàn)在過程的高能耗、大量 廢水排放、纖維素酶成本等環(huán)節(jié)上。 本項(xiàng)目的農(nóng)作物秸稈原料生產(chǎn)燃料乙醇成套技術(shù)采用華東理工大學(xué)研發(fā)的干法生物煉制技 術(shù)。該技術(shù)主要包括干法稀酸預(yù)處理、固態(tài)生物脫毒、高固體含量糖化與發(fā)酵等主要工序。其 中，干法稀酸預(yù)處理技術(shù)使用新型的螺帶攪拌式預(yù)處理反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)了過程零廢水排放，新鮮 水和蒸汽用量比典型的預(yù)處理技術(shù)降低80%以上；固態(tài)生物脫毒則采用生物降解方法脫除預(yù)處 理原料中所含的各種有毒物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)過程的零水耗和零能耗；高固體含量糖化與發(fā)酵技術(shù)則通 過自主研發(fā)的螺帶型反應(yīng)器處理固體含量達(dá)40%以上的纖維素底物進(jìn)行同步糖化與發(fā)酵生產(chǎn)乙 醇，與常規(guī)發(fā)酵反應(yīng)器相比，電耗可以降低80%以上，纖維素酶用量大幅降低。整個(gè)農(nóng)作物秸 稈原料生產(chǎn)燃料乙醇成套技術(shù)可以得到不低于8% (v/v) 的高濃度乙醇發(fā)酵液，纖維素轉(zhuǎn)化率可 達(dá)75%以上。本技術(shù)的采用將會(huì)大大降低纖維素乙醇的生產(chǎn)成本或環(huán)境成本，為即將商業(yè)化運(yùn) 作的燃料乙醇工廠中的技改提供技術(shù)儲(chǔ)備。

空氣壓縮機(jī)為燃料電池提供電化學(xué)反應(yīng)所需要的氧氣。將空氣壓縮到一定壓 力（通常在 1.3~3.2bar 范圍內(nèi)），有助于提高電堆的功率密度，是燃料電池汽 車降低成本、實(shí)現(xiàn)輕量化的重要技術(shù)手段。為了滿足燃料電池最高功率，空氣壓 縮機(jī)應(yīng)保證足夠的流量，根據(jù)估算，100 kW 的電堆功率大約需要 300 Nm3·h-1 的空氣。除了保證一定的壓力和流量外，燃料電池車用空氣壓縮機(jī)還需要滿足其 他要求，包括壓縮氣體絕對(duì)無油，以防止催化劑中毒；壓縮效率高，減少壓縮氣 體需要的額外能耗；能對(duì)啟停、加速、剎車、制冷、供熱等各種工況變化做出準(zhǔn) 確、快速響應(yīng)，具有良好的工況適應(yīng)性；在極端工況和氣候條件下，具有良好的 可靠性和長(zhǎng)久的壽命，且維護(hù)簡(jiǎn)便；結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕。對(duì)效率、可靠 性、工況與環(huán)境的適應(yīng)性、體積與重量等指標(biāo)的綜合要求，特別是對(duì)壓縮氣體絕 對(duì)無油的嚴(yán)格限制，使得燃料電池車用空氣壓縮機(jī)的產(chǎn)品研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化存在不 可忽視的技術(shù)挑戰(zhàn)。

成果與項(xiàng)目的背景及主要用途： 流場(chǎng)板（雙極板）是質(zhì)子交換膜燃料電池中的重要部件。目前，質(zhì)子交換膜 燃料電池廣泛采用的流場(chǎng)板（雙極板）主要有機(jī)加工硬質(zhì)石墨板、機(jī)加工金屬板 和注塑碳-塑復(fù)合材料雙極板三種類型。這三類流場(chǎng)板各有顯著的優(yōu)點(diǎn)，但是各 自的缺點(diǎn)也較突出。 為實(shí)現(xiàn)燃料電池商品化，需要更低成本和更適應(yīng)批量化生產(chǎn)的流場(chǎng)板。為此， 我們開發(fā)了基于天然鱗片石墨材料和模壓成型工藝的復(fù)合石墨流場(chǎng)板技術(shù)。經(jīng)過 努力研究，現(xiàn)在形成的技術(shù)可以大幅度降低流場(chǎng)板的材料成本和加工成本，實(shí)現(xiàn) 高生產(chǎn)率，同時(shí)使導(dǎo)電率（>10S/cm）、氫氣透過系數(shù)（<1×10-4 cm3 /s.cm2）、 熱傳導(dǎo)系數(shù)（>20W/m.K）以及抗壓強(qiáng)度（>10MPa）等指標(biāo)均滿足雙極板材料性 能的要求。 復(fù)合石墨流場(chǎng)板的主要用途是作為質(zhì)子交換膜燃料電池的雙極板。 技術(shù)原理與工藝流程簡(jiǎn)介： 92天津大學(xué)科技成果選編 技術(shù)原理： 復(fù)合石墨流場(chǎng)板主要由天然鱗片石墨和聚合物組成。天然鱗片石墨具有良好 的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，且化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕，從而保證復(fù)合流場(chǎng)板具有良好的 導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能。聚合物的添加可以提高復(fù)合流場(chǎng)板的強(qiáng)度，并且使復(fù)合板阻氣 性能得到改善，以實(shí)現(xiàn)雙極板分隔氧化劑和還原劑的功能和滿足燃料電池堆對(duì)雙 極板機(jī)械性能的要求。 工藝流程：配料→裝料→升溫→模壓→降溫→脫模→成品 技術(shù)水平及專利與獲獎(jiǎng)情況： 目前已開發(fā)和制備出工作面積為 100mm×100mm 的流場(chǎng)板。并可根據(jù)需要 加工具有不同尺寸和流場(chǎng)形式的流場(chǎng)板。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測(cè)： 隨著能源的消耗持續(xù)增長(zhǎng)，能源短缺問題日益凸現(xiàn)。燃料電池的發(fā)展必然受 到越來越廣泛的重視。質(zhì)子交換膜燃料電池是目前應(yīng)用前景最廣且發(fā)展最快的一 類燃料電池。隨著質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)展和普遍應(yīng)用，復(fù)合石墨流場(chǎng)板因價(jià) 格低和適應(yīng)批量生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)顯示出巨大的市場(chǎng)潛力和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。 應(yīng)用領(lǐng)域：質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池及其它電化學(xué)反應(yīng)器。 合作方式及條件：面議

菊芋是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，可以在干旱地和鹽堿地等邊緣土地上大量種植。菊粉 (一種 多糖) 是菊芋塊莖的主要組分，可以由菊粉酶或蔗糖酶降解為果糖和葡萄糖等單糖。與纖維素 乙醇和纖維素乳酸相比，生物轉(zhuǎn)化菊芋生產(chǎn)乙醇或乳酸的技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，更易于產(chǎn)業(yè)化。但目 前的菊芋生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇和乳酸技術(shù)需要使用昂貴的菊粉酶來降解菊芋生成單糖，進(jìn)而發(fā) 酵成乙醇或乳酸；而且發(fā)酵產(chǎn)物濃度偏低，造成高昂的產(chǎn)物分離成本和生產(chǎn)成本使這一技術(shù)并 不具備產(chǎn)業(yè)化的潛力。 本項(xiàng)目的菊芋生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇和乳酸技術(shù)采用華東理工大學(xué)研發(fā)的高固體含量底物 同步糖化與發(fā)酵技術(shù)。該技術(shù)主要包括整合生物加工菊芋生產(chǎn)乙醇技術(shù)和高固體含量同步糖化 與發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乳酸技術(shù)。其中，整合生物加工菊芋生產(chǎn)乙醇技術(shù)使用自主篩選的具有高菊粉 降解活性的釀酒酵母同步糖化與發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乙醇，并采用新型的螺帶攪拌式反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)了 無菊粉酶添加的整合生物加工過程，乙醇濃度可達(dá)14%(v/v)以上，菊芋轉(zhuǎn)化率達(dá)80%以上；高 固體含量同步糖化與發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乳酸技術(shù)通過自主研發(fā)的螺帶型反應(yīng)器處理固含量達(dá)30%以 上的菊芋進(jìn)行乳酸發(fā)酵，與常規(guī)發(fā)酵反應(yīng)器相比，電耗降低80%以上，發(fā)酵液中乳酸濃度可達(dá) 11% (w/w) 以上，菊芋轉(zhuǎn)化率達(dá)80%以上。本技術(shù)的實(shí)施將會(huì)大大降低菊芋乙醇和菊芋乳酸的 生產(chǎn)成本，為菊芋生物質(zhì)的生物煉制產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。

本成果針對(duì)燃料電池催化劑長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中因碳載體腐蝕、Pt 溶解、遷移團(tuán)聚長(zhǎng)大及Pt中毒等原因而逐漸退化的技術(shù)難題，發(fā)展了多種提高 燃料電池催化劑穩(wěn)定性和活性的新方法、新技術(shù)，研制出了一系列低成本、高性 能、長(zhǎng)壽命燃料電池催化劑。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，所開發(fā)的燃料電池催化劑已經(jīng)完全能夠滿足動(dòng)力電池的性能要求，屬于國(guó)際一流國(guó)內(nèi)領(lǐng) 軍的高科技技術(shù)。

目前我國(guó)極大部分在用車都裝備化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)，把化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)汽油車改裝成 LPG―汽油雙燃料汽車，既能降低汽車的廢氣污染物排放又能改善汽車的能源結(jié)構(gòu)。 本成果對(duì)在用車采用了 LPG 供氣系統(tǒng)，并加裝了電控補(bǔ)氣裝置和三元催化器，通過大量 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)和整車臺(tái)架匹配試驗(yàn)，使改裝的車輛在分別使用兩種燃料的情況下，都 能達(dá)到上海市《輕型汽車排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB31/29–1998）。 具有國(guó)產(chǎn)化率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改裝方便，成本低等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)轎 車。