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01. 成果簡介 近年來，隨著氫能利用技術(shù)發(fā)展逐漸成熟，應(yīng)對氣候變化壓力持續(xù)增大，以及氫能市場前景巨大，氫能在世界范圍內(nèi)備受關(guān)注，世界發(fā)達國家均將氫能及綜合應(yīng)用作為未來能源發(fā)展的重點方向之一。燃料電池汽車融合了內(nèi)燃機汽車和純電動汽車的優(yōu)點，不僅具有零排放、高效與高功率密度的優(yōu)勢，而且續(xù)駛里程足夠長，被業(yè)界公認為是新能源汽車的發(fā)展趨勢。經(jīng)過北京奧運會23輛、上海世博會的196輛燃料電池汽車的批量示范驗證和多輪技術(shù)迭代優(yōu)化，燃料電池汽車開始進入交通運輸領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，從2013年開始，歐、美、日、韓的燃料電池汽車相繼上市銷售。與國外發(fā)展路徑不同，我國從燃料電池商用車切入推進氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，氫燃料電池商用車已實現(xiàn)小批量生產(chǎn)并在上海、北京、河北、廣東等地示范運營。氫能行業(yè)迎來了產(chǎn)品孕育的發(fā)展機遇。 膜電極作為燃料電池發(fā)動機的核心部件，代表企業(yè)如美國GORE公司、英國Johnson Matthey公司。本項成果提供了一種制備膜電極的技術(shù)，創(chuàng)新點為：1）采用“熱定型法”工藝制備催化層，優(yōu)化電化學(xué)三相界面和促進多相傳質(zhì)，解決了傳統(tǒng)膜電極性能低、壽命短瓶頸問題；2）發(fā)明了將質(zhì)子交換膜和催化層封裝在氣體擴散層內(nèi)的一體化膜電極產(chǎn)品，提升了燃料電池的一致性和可靠性,并提高了電堆生產(chǎn)效率。該項成果已應(yīng)用于示范項目，應(yīng)用情況良好。性能指標：1）面電導(dǎo): >40S/cm22）拉伸強度: >35MPa3）H2滲透率:<2mA/cm24）0.6V@2.5A/cm2 (測試條件：1.5atm,70℃,空氣計量數(shù)2.3,濕度80%)5）壽命:20000小時（加速老化法,10%性能衰減）02. 應(yīng)用前景 燃料電池03. 知識產(chǎn)權(quán) 本項成果已申請專利22項。04. 團隊介紹 團隊在燃料電池應(yīng)用研究方面已有超過20年的技術(shù)積累，在技術(shù)開發(fā)和成果轉(zhuǎn)化過程中，先后獲得“第十九屆全國發(fā)明展覽會發(fā)明獎”金獎、北京市第三屆發(fā)明專利獎一等獎、“清華大學(xué)科研成果推廣應(yīng)用效益獎”二等獎、“第十屆國際發(fā)明展覽會發(fā)明獎”金獎、湖北省技術(shù)發(fā)明獎等多項獎勵。負責(zé)人為副教授、博士生導(dǎo)師，累計在多個國際權(quán)威期刊上發(fā)表SCI論文96多篇，申請發(fā)明專利60余項。05. 合作方式 技術(shù)許可。06.聯(lián)系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn wangcheng@tsinghua.edu.cn

成果簡介：該技術(shù)是指以柴油機為平臺的天然氣發(fā)動機多點電噴電子控制系統(tǒng)。發(fā)動機系統(tǒng)在燃用柴油時，可將天然氣切斷；燃用天然氣時，需少量柴油起點火作用。對柴油機需要進行壓縮比的改造，并加裝各種電控傳感器和執(zhí)行器。電控單元以16位單片機為核心控制天然氣的多點噴射，外接端口具備串口通訊和CAN總線。 項目來源：自行開發(fā) 技術(shù)領(lǐng)域：先進制造 應(yīng)用范圍：柴油機廠 現(xiàn)狀特點：天然氣對柴油的替代率平均不少于80%，達到國內(nèi)外同類機型的水平。 成

節(jié)能和環(huán)保是綠色社會的主要議題，發(fā)展取代化石燃料的新能源技術(shù)迫在眉睫。鋅-空氣電池是一種化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，由于其理論能量密度高、安全性高、價格低廉以及環(huán)保等優(yōu)勢有望彌補鋰離子電池的缺陷而成為下一代新能源電池。柔性可穿戴電子器件是5G時代先進制造業(yè)的重點研究方向，尤其是便攜式電子產(chǎn)品正朝著超薄、集成、靈活的可穿戴設(shè)備方向發(fā)展。作為一個新興領(lǐng)域，柔性鋅-空氣電池符合可穿戴電子設(shè)備的要求，發(fā)展?jié)摿薮蟆?柔性電池是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，柔性鋅空氣電池的容量和能量密度等關(guān)鍵參數(shù)很大程度上取決于催化劑和正極材料。團隊瞄準電池正極材料這一難題，積極自主研發(fā)，致力于發(fā)展具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的下一代新型高容量柔性鋅空氣電池。目前，團隊制備的高容量/耐低溫柔性鋅空氣電池可用于穿戴的智能電子產(chǎn)品，病人植入式監(jiān)測、追蹤和定位的醫(yī)療器械、物聯(lián)網(wǎng)智能標簽、環(huán)境傳感器、助聽器等等。

1 成果簡介作為一種清潔、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“ 絕對冠軍”， 而且功率密度高、電流密度大， 是最先進的能量轉(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。而燃料電池工作時需要氫氣作為燃料，如果以儲氫合金作為氫源，則儲氫合金在釋放氫氣時會吸收熱量。 本成果將燃料電池與儲氫單元進行結(jié)構(gòu)的耦合，可利用儲氫合金來部分吸收燃料電池發(fā)電時產(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)化主要問題是價格較高（采用進口材料成本昂貴），而本項目利用國產(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，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內(nèi)外尚無同類產(chǎn)品，而且各行各業(yè)對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)， 本電源價格每臺約 1500 元/千瓦。 來自政府的資金補助以及軍事、工業(yè)、新能源等應(yīng)用領(lǐng)域的直接采購是使燃料電池電源商業(yè)化逐漸興盛的主因。據(jù)美國市場研究機構(gòu) Pike Research 估計， 2016 年市場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，主要應(yīng)用于船舶、 專用車、無人載具、 戰(zhàn)場支持系統(tǒng)、 備用電源、 應(yīng)急電源等。

1 成果簡介燃料電池應(yīng)用于軍事、汽車、移動設(shè)備和家庭等領(lǐng)域。對于新生產(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，但是國內(nèi)外一直缺少檢測燃料電池堆膜電極的技術(shù)和測量裝置。 課題組研究出一種可方便檢測燃料電池堆膜電極狀況參數(shù)的方法和儀器。該測量儀具有如下功能和特點：可同步測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)自動采樣，結(jié)果自動處理；可用于測量燃料電池單體和燃料電池堆，解決了以往即使檢測燃料電池單體膜電極也需要多臺測試儀器的問題，填補了燃料電池堆膜電極檢測儀器的空白。測量儀可用于科研中對燃料電池內(nèi)部不一致性的檢查和原因辨析，可用于對各種場合的燃料電池堆進行現(xiàn)場檢查和老化診斷，可用作燃料電池堆初裝過程中的成組選配檢測工具。查新表明，國內(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。測量儀包括硬件部分和軟件部分。研究組已開發(fā)出測量儀的初級版，參見下圖。初級版的測試軟件基于 Labview 編寫，界面簡單易操作，通過配合電腦完成測量。研究組現(xiàn)在正進行開發(fā)測量儀器的升級版，期望其能夠脫離電腦單獨測量，更美觀，更實用。  上圖 初級版電池堆膜電極檢測儀2 應(yīng)用說明研究組應(yīng)用該方法和測量儀進行了多次測量和研究，成果在國際國內(nèi)會議的宣傳推廣中得到了許多同行的好評，并表示有購買意向。

項目簡介： 項目內(nèi)容及規(guī)模： 本項目將廢塑料進行熱解得到燃油然后脫除雜質(zhì)，油品質(zhì)量得到了明顯改善，達到燃料油的質(zhì)量標準。初步實施預(yù)計年生產(chǎn)規(guī)模 2000-5000 噸。 市場分析： 本項目解決了廢塑料處理過程的困難，燃燒后嚴重污染大氣環(huán)境的問題，能夠產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，具有廣泛的應(yīng)用前景。 投資估計： 預(yù)計投資 100 萬。 經(jīng)濟和社會效益： 預(yù)計年銷售額 1000 萬，年產(chǎn)生效益 200 萬。 科研技術(shù)優(yōu)勢： 本項目具有投資少，操作成本低的特點，還可以應(yīng)用于其它有機固廢回收利用，制備燃料油和可燃氣的各個領(lǐng)域。

燃料電池技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在與新材料的開發(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。項目團隊基于固態(tài)離子理論，設(shè)計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，開發(fā)了一系列高性能的陽極功能材料，陰極層材料與新結(jié)構(gòu)。項目取得完整知識產(chǎn)權(quán)，申請發(fā)明專利15件，授權(quán)發(fā)明專利8件。

研究團隊利用能谷-贗自旋耦合原理，在絕緣層硅（SOI，silicon-on-insulator）上制備出能谷光子晶體平板。該拓撲光學(xué)結(jié)構(gòu)具有~40nm的特征尺寸，其光子模式（因工作于光錐以下）能夠較好地局域在平板內(nèi)，抑制了平板外損耗。他們制備了直線形、Z形和Ω形等三種拓撲光學(xué)通道，測量出高透平頂透射光譜帶，證實了近紅外波段下拓撲保護的寬帶抗散射傳輸。采用硅微盤技術(shù)產(chǎn)生相位渦旋源，無需低溫和強磁等極端環(huán)境，實現(xiàn)了拓撲界面態(tài)的選擇性激發(fā)，實現(xiàn)了亞微米量級耦合長度的寬帶光子路由行為，驗證了能谷-贗自旋耦合等拓撲光學(xué)原理。?在硅基平臺上證實拓撲光子學(xué)原理，是目前國際學(xué)術(shù)前沿的聚焦度較高的領(lǐng)域之一。研究團隊過去在拓撲光子學(xué)原理方面的工作，多次引起國際同行關(guān)注，論文入選ESI高被引。該工作中，他們深入系統(tǒng)地發(fā)展出硅基拓撲光學(xué)等關(guān)鍵理論，攻克了數(shù)十納米加工工藝等關(guān)鍵技術(shù)，率先在硅基光子平臺與拓撲光子學(xué)之間建立了聯(lián)系，突破了單一自由度調(diào)控的傳統(tǒng)框架，提出了硅基中多自由度耦合的多維調(diào)控新機制，為微納光學(xué)與光子學(xué)、光二極管等關(guān)鍵光子芯片器件、混合集成光子學(xué)、高保真光量子信息光學(xué)、非線性光學(xué)等領(lǐng)域，提供了新方法和新思路。

鐵基形狀記憶合金是一種新型結(jié)構(gòu)功能材料。自90年代，我校已研究成功幾種Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形狀記憶合金，這些合金的屈服強度可達300～450MPa，完全回復(fù)的形狀記憶應(yīng)變已達3%，予應(yīng)變?yōu)?%時凈回復(fù)應(yīng)變可達5%，具有良好的單程形狀記憶效應(yīng)和形狀記憶完全性，合金中Cr、Ni元素的加入兼具有良好的耐腐蝕性。鐵基形狀記憶合金的應(yīng)用如下： 1

金屬基復(fù)合材料問世不足三年，但由于其制備工藝簡單，價格便宜，具有高比強、高比剛及高耐磨性等優(yōu)良性能，在國外已廣泛用于航空、航天、汽車、軍工等領(lǐng)域。我校于80年代開始進行鋁基復(fù)合材料的制備、性能及應(yīng)用研究，已獲得許多重要成果，現(xiàn)已可用穩(wěn)定工藝制備管材、棒材及形狀較為復(fù)雜的零部件，如汽車連桿、汽缸套、油田抽油機缸套、汽車摩擦片、皮帶輪等機器構(gòu)件，還可用于開發(fā)各