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近年來，環境污染問題嚴重，石油等不可再生資源日趨匱乏，探求汽車新的動力源已經成為世界汽車領域研究和發展的熱點，燃料電池汽車作為一種新型節能汽車備受關注。質子交換膜燃料電池作為第四代燃料電池技術，不但突破卡諾循環限制，能量轉換效率高，而且排放污染少，對環境極其友好。部分汽車企業已經開始進行小規模的 PEMFC 汽車試運行和小批量投產，加快了其商用進程。 燃料電池裝置作為燃料電池汽車的動力裝置，是整個裝配體中最重要的部件，如何對質子交換膜燃料電池（PEMFC）進行有效

01. 成果簡介 質子交換膜燃料電池具有高比功率、可快速啟動、無腐蝕性、反應溫度低、氧化劑需求低等優勢，是當前燃料電池汽車的首選，然而，針對目前質子交換膜燃料電池系統設計和控制，還存在以下問題： 1. 在考慮零下低溫條件下電堆快速暖機的前提下，實現最優增濕效果，是燃料電池系統設計的一個挑戰； 2. 由陽極與陰極兩側壓差波動造成的燃料電池質子交換膜機械損壞、以及由燃料電池的高電位造成的燃料電池多孔碳紙化學腐蝕，是限制燃料電池壽命的重要因素； 3. 當燃料電池汽車進入隧道或者地下車庫等封閉空間時，由于陽極吹掃而被排出的氫氣會在該密閉空間上方聚集，產生安全隱患； 本成果提供一種能夠實現陽極再循環和陰極排氣再循環的燃料電池系統設計，以及相應的氣體壓力隨動控制、氣體濕度多模式控制和輸出電壓鉗位控制，可精確控制進入電堆的氫氣/空氣壓力、總流量、溫度、濕度和氧含量等參數，具體如下： 1. 燃料電池系統對進氣濕度要求較高，只有在最優增濕條件下，才能實現最高輸出效率，為了實現對進氣濕度的控制，目前主要由外部增濕和自增濕兩種系統，前者低濕環境條件下電堆增濕效果較好；后者取消了外部增濕器，加快了零下低溫條件下電堆暖機過程。本成果采用陽極+陰極雙循環系統，在小負荷工況下，增大陰極循環程度，充分運用陰極生成水對燃料電池進氣進行加濕；在中高負荷下降低陰極循環程度，而增高陽極循環程度，避免由于進氣流量過大引起的陰極循環泵功率消耗過高的問題。兼顧低濕環境條件下提高電堆增濕效果與零下低溫條件下電堆暖機過程，提高電堆效率； 2. 首先，進入燃料電池電堆的氣體流量與氣體壓力存在一定耦合關系，導致陽極與陰極兩側氣體壓力將隨著燃料電池發電系統的輸出功率變化而變化，由此引起的陽極與陰極兩側壓差波動會對燃料電池內部的質子交換膜產生機械損壞，本成果采用陽極+陰極壓力快速隨動控制，從而降低由壓力波動造成的機械損壞；此外，在怠速或小負荷時，燃料電池的高電位會對燃料電池內部的多孔碳紙造成化學腐蝕，為此，在怠速或小負荷時，本成果通過增大陽極循環程度，降低燃料電池電位，實現對電壓的鉗位控制，從而降低由高電位引起的化學腐蝕；綜上所述，本成果通過陽極+陰極壓力快速隨動控制和電壓鉗位控制，延長電堆壽命； 3. 由于氮氣和水的濃差擴散作用，燃料電池陽極側都會出現氮氣累積和液態水水淹現象，引起燃料電池性能下降，因此需要定期對陽極側進行吹掃，將累積的液態水、氮氣與未反應的氫氣一起排出。本成果在陽極出口處增加了燃料電池小面積單片，用于處理尾排氫氣，從而實現燃料電池系統氫氣零排放，保障燃料電池系統的運行安全。 燃料電池雙循環系統02. 應用前景 本成果可應用于質子交換膜燃料電池領域。03. 知識產權 本成果涉及9項發明專利。04. 團隊介紹 項目團隊主要研究方向新能源汽車動力系統，團隊成員包括歐陽明高、李建秋、楊福源、王賀武、盧蘭光、李希浩、徐梁飛、杜玖玉、韓雪冰、馮旭寧等，課題負責人為李建秋，獲得國家技術發明二等獎兩項，北京市科學技術一等獎一項、中國汽車工業技術發明一等獎一項，論文發表200余篇。項目團隊深度參與了中國新能源汽車的戰略規劃、科技研發、國際合作、示范考核和產業化推進的全過程，培育出多家學生創業型高科技企業，為中國新能源汽車躋身世界先進行列作出了重要貢獻。05. 合作方式 技術許可。06．聯系方式 郵箱： zhangyan2017@tsinghua.edu.cn

本發明公開了一種平板式固體氧化物燃料電池，包括依次緊密 接觸的陰極層、電解質層、陽極功能層以及支撐體層，所述支撐體層 背向所述陽極功能層一側設置有氣體通道，其特征在于，所述支撐層 成分包括 NiO、Fe2O3 和 NiTiO3，所述燃料電池在工作過程中，所述 NiO-Fe2O3 還原成 Ni-Fe 合金，NiTiO3 還原成 Ni 和 TiO2，TiO2 顆粒 均勻的分布在 Ni-Fe 合金骨架上。按照本發明實現的平板式固體氧化

本發明公開了一種基于絕熱燃燒條件的生物質微米燃料高溫清潔燃燒方法，包括：(a)將生物質微米燃料以全密封的形式予以灌裝裝卸和運輸，并管路輸送至工業窯爐；(b)將生物質微米燃料與空氣進行預混以形成粉塵云的流態形式；(c)將預混后的流態粉塵云向經由燃料噴管噴入設置在窯爐中的絕熱燃燒室，由此在此相對封閉的儲熱空間將能量密度相對低的生物質燃料的能量聚積在其中，并執行超高溫燃燒；(d)在燃燒過程中，向絕熱燃燒室補水蒸汽。通過本發明，能夠獲得高達 1500℃以上的燃燒溫度，滿足多種工業或民用窯爐的加熱要求，同時與

近年來，環境污染問題嚴重，石油等不可再生資源日趨匱乏，探求汽車新的動力源已經成為世界汽車領域研究和發展的熱點，燃料電池汽車作為一種新型節能汽車備受關注。質子交換膜燃料電池作為第四代燃料電池技術，不但突破卡諾循環限制，能量轉換效率高，而且排放污染少，對環境極其友好。部分汽車企業已經開始進行小規模的PEMFC汽車試運行和小批量投產，加快了其商用進程。 燃料電池裝置作為燃料電池汽車的動力裝置，是整個裝配體中最重要的部件，如何對質子交換膜燃料電池（PEMFC）進行有效的熱管理，對其工作效率、使用壽命和運行經濟性有著極其重要的意義。 通過對燃料電池的熱分析，與上汽合作搭建起36kW的Plug-in燃料電池發動機試驗平臺。 借助試驗平臺，可以對電堆進行大量實驗，并且可以分析電堆的輸出的功率，極限功率，及功率調節特性等動力數據；還可以分析電堆的散熱性能，以及散熱效果對電堆的功率影響等基礎數據。

氫氣再循環泵是氫燃料電池系統中的關鍵部件之一，主要有兩種技術路線：電機驅動機械式氫氣再循環泵（機械泵）和噴射式氫氣再循環泵（噴射泵）。目前國內均無成熟產品，機械泵主要依賴進口，然而該類產品存在大流量下升壓能力差、結冰堵轉、故障率高等缺點。噴射泵利用氫罐自身壓力運行，可完全克服機械泵的缺點，且無需電機驅動、無運動部件，完全避免了由電機帶來的能耗、密封、防爆、減振及降噪等致命缺陷，是氫氣再循環泵的變革性技術和終極解決方案。本項目綜合運用多噴嘴引射新器件、多相適應新技術、全局優化新方法，研發安全、可靠、高效、無源的噴射式氫循環系統，以期解決燃料電池氫循環密封難、能耗高、壽命短等痛點，推動行業進步。

本成果屬于能源與動力工程技術領域，涉及節能、燃燒、傳熱學、熱力 學、環境保護等等多個相關學科。 成果針對醇基燃料工業燃燒過程中存在積碳堵塞氣化管道、燃燒效率 低、燃燒穩定性差、醇基燃料工業燃燒技術及裝置不成熟等問題，創新研發了 60-350kW額定功率下負荷大范圍變動（25%-120%）醇基燃料引射式自適應配風 燃燒技術： ①  首次開發了醇基燃料引射式自適應配風技術，獲得了負荷大范圍變動下引 射式自適應配風技術、關鍵工藝參數，燃燒中能根據熱負荷大小自動調節燃燒所 需的配風量，實現燃料完全燃燒； ②  成功首創了低于醇基燃料析碳溫度條件下促使其氣化的恒溫實時預氣化 技術，能夠在燃燒器的功率調節范圍內，實現醇基燃料完全氣化，且未見過熱積 '③基于自主研發的醇基燃料引射式自適應配風技術、液體燃料無析碳恒溫氣 化技術，首創了具有自主知識產權的醇基燃料高性能引射式自適應配風燃燒技術, 解決了負荷大范圍變化（25%-120%）時的自適應配風、無析碳實時氣化、氣化管 道堵塞、燃燒效率低、燃燒穩定性差、污染物排放較高等難題，燃燒效率達99. 9% 以上，且完全燃燒后，無粉塵排放，主要污染物排放（CxHy<lppm, C0<lppm, N0x<10ppm）遠低于國家標準； ④應用本研究成果提出了適合于中小型燃煤、燃油工業爐的燃燒系統與裝置, 并進行了工業應用，可將現有燃煤熔煉爐等中小型工業爐的熱效率由25%-30%提 高至80%以上。

研究方向：微生物基因組學和功能基因組學、極端微生物和工業（環 境）微生物學。 項目簡介： 厭氧氨氧化反應器 硫酸鹽還原反應器 好氧附著反應器 出水 進水我國的清潔船舶燃料油（重油型）缺口巨大，每年進口 1000 萬 噸以上。目前，國內外均采用調和技術生產船舶燃料油，國內大部分 產品均為中高硫燃料油（硫含量約為 1.0～3.5%）。傳統調和技術技術 含量低、生產成本高，且無法實現對劣質原料的有效利用，造成清潔 型燃料油產能的嚴重不足。以歐盟標準的低硫（硫含量<0.1%）清潔 船舶燃料油為例，其需求量大且價格昂貴，當前國內無生產企業，全 部依靠進口。2020 年，船燃硫含量標準將在全球范圍內由現行<3.5% 大幅提升至<0.5%。與此同時，國內石油煉化每年產出約 2500 萬噸 油漿或渣油，大部分作為劣質鍋爐燃料低價銷售，與清潔船舶燃料油 之間存在巨大價差。因此，將劣質重油轉變為清潔船舶燃料油具有十 分重要的應用價值，潛在的市場價差每年可達 2000 億人民幣以上。 我課題組開發的生物煉化技術可彌補加氫法等在重油脫硫脫氮 應用上的缺陷和弊端（如：粘度降低、催化劑中毒等），可重點去除 高硫原油、渣油和油漿等劣質油品中的有機硫氮以及重金屬等其它有 害固雜成分，且保證油品的高粘度。已與多家企業合作完成 800 余次 生物脫硫技術測試，脫硫效率可達 30～60%，并初步建立 1～5 噸的 中試裝置。試制的清潔型 180#和 380#船舶燃料油產品經國家權威檢 測機構鑒定優于國際標準。該項技術實現突破，可替代傳統調和技術， 為石化企業、船舶燃料油經銷企業提供高品質清潔燃料油的生產和油 品升級服務。僅需約 200～300 元/噸成本即可實現劣質油漿轉化為優 質清潔船舶燃料油（價差大于 1000 元/噸），具顯著的經濟、社會和環 保效益。我課題組基于生物煉化核心技術（8 項專利）已開發以下四項技 術，均有較好應用效果，可實現工業化。包括： 1）清潔船舶燃料油制備技術（中試） 2）油漿的生物清洗技術（中試） 3）生物乳化油制備技術（中試） 4）石油污染生物修復劑（產品成熟） 

成果簡介： 進入21世紀以來，能源短缺、環境污染和氣候異常已成為全人類面臨的重大挑戰，尋求清潔高效的能源轉換技術已經成為各國政府、企業和高等院校等共同關注的問題。燃料電池是在一定條件下燃料（主要是氫氣）與氧化劑（空氣中氧氣）發生化學反應，將化學能直接轉變成電能和熱能的發電裝置。質子交換膜（PEM）燃料電池操作溫度低，效率高，啟動快以及功率密度高，沒有任何