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能源危機(jī)與環(huán)境污染已成為限制當(dāng)今人類(lèi)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(chē)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(lèi)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(lèi)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(chē)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(lèi)燃料電池組樣機(jī)。

復(fù)合垃圾衍生燃料制造技術(shù)是開(kāi)發(fā)低成本、高固硫率和防潮抗水型，適用于工業(yè)鍋爐燃用的復(fù)合垃圾衍生燃料，可以適量加入粘結(jié)劑或根據(jù)生物質(zhì)具體性能對(duì)其進(jìn)行生物化學(xué)預(yù)處理以適當(dāng)提高其粘結(jié)力；可將復(fù)合垃圾衍生燃料的灰分、水分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、燃料比、粒徑大小、焦渣特性、熱變形特性等調(diào)整到有利于燃燒的最佳值，大幅度降低生產(chǎn)成本，使之發(fā)展成先進(jìn)的高效清潔燃料。 該工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是制備出適合我國(guó)現(xiàn)有鍋爐燃燒的新型垃圾衍生燃料。RDF制備過(guò)程中摻入一定量的煤，不僅有利于提高熱值，均勻分配物料，同時(shí)還可以起到助粘的作用；同時(shí)，壓制成型塊燃料，使其具有統(tǒng)一形狀和規(guī)格，易實(shí)現(xiàn)成型時(shí)添加固硫、脫氯劑及催化劑等，再配套合適的燃燒設(shè)備，既有利于高效燃燒又能減少污染。該處理方式，可為國(guó)內(nèi)垃圾提供一條新型資源化解決途徑，這樣既節(jié)省了處理垃圾的處理費(fèi)和供熱燃料費(fèi)，又減少了固體廢棄物。 本研究利用生物質(zhì)型煤生產(chǎn)工藝來(lái)進(jìn)行了C-RDF成型制備研究。復(fù)合垃圾衍生燃料爐前成型是指直接使用煤場(chǎng)的動(dòng)力配煤，在不添加或添加少量粘結(jié)劑的條件下，由置于鍋爐旁的成型機(jī)成型后直接下落到爐排上，供鍋爐燃用。 垃圾衍生燃料成型工藝主要分為三個(gè)工序，即原料制備、攪拌成型和固結(jié)干燥。3個(gè)環(huán)節(jié)中重點(diǎn)在于原料制備環(huán)節(jié)。 垃圾衍生燃料之所以能在爐內(nèi)燃燒過(guò)程中取得較散煤好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，是由于燃料個(gè)體形狀規(guī)格，使垃圾衍生燃料層具有均勻分布的空隙率，且其單個(gè)空隙容積較大，有利于可燃?xì)怏w的反應(yīng)。燃料層的空隙率大則通風(fēng)阻力小，有助于降低風(fēng)機(jī)電耗和結(jié)渣程度。 應(yīng)用范圍： 適合我國(guó)現(xiàn)有鍋爐燃燒的新型垃圾衍生燃料。

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(chē)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

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(chē)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)。

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(lèi)物質(zhì)的富集。

由相變儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展而來(lái)的相變溫控技術(shù)作為一種新興熱控技術(shù)越來(lái)越受到航天領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。航天器是綜合了各個(gè)學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)成果而發(fā)展起來(lái)的系統(tǒng)工程，其中熱控技術(shù)是保證航天器正常工作的重要技術(shù)。美國(guó)國(guó)家航空航天局（ＮＡＳＡ）認(rèn)為航天器的電子設(shè)備工作溫度范圍基本在－１５～５０℃。航天器工作環(huán)境都極端惡劣，若其長(zhǎng)時(shí)間在極端的溫度環(huán)境下工作會(huì)引起電子設(shè)備失效。美國(guó)空軍的一份報(bào)告指出由溫度引起的電子器件失效率高達(dá)５５％，占所有失效因素的一半以上。因此運(yùn)用先進(jìn)的熱控技術(shù)保證航天器的結(jié)構(gòu)部件、儀器設(shè)備在空間環(huán)境下處于一個(gè)合適的溫度范圍，使航天器在各種可能的情況下均能夠正常工作，對(duì)于航天領(lǐng)域具有重要意義。物質(zhì)在吸收或釋放能量發(fā)生物態(tài)變化時(shí)，自身溫度可保持不變或只發(fā)生較小變化。利用物質(zhì)相變過(guò)程的這一特征，以及潛熱儲(chǔ)能所具有的高儲(chǔ)能密度和能量穩(wěn)定傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，潛熱儲(chǔ)能已發(fā)展成為最具實(shí)際應(yīng)用潛力、應(yīng)用最多和最重要的儲(chǔ)能方式。使用相變材料，再匹配以合適的熱交換系統(tǒng)，進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存的技術(shù)稱為相變儲(chǔ)能技術(shù)。由相變儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展而來(lái)的相變溫控技術(shù)作為一種新興熱控技術(shù)具有設(shè)備性能可靠、質(zhì)量輕、不耗能等優(yōu)點(diǎn)，更符合航空航天設(shè)備的特殊要求，越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。

工業(yè)固體廢渣的有效處置、生態(tài)環(huán)境污染的源頭治理、新老建筑物的節(jié)能降耗、海綿城市建設(shè)中的排水蓄水、美好城市建設(shè)中的路面裝飾及傳統(tǒng)建材生產(chǎn)對(duì)土地資源的消耗等，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展迫切需要解決的重大問(wèn)題。本成果以尾礦（黑色金屬尾礦、有色金屬尾礦、稀貴金屬尾礦和非金屬尾礦）、燃料廢渣（粉煤灰、煤矸石、石油焦等）、冶煉廢渣（鋼鐵冶金渣和有色金屬冶金渣）、建筑垃圾、水處理污泥及工業(yè)粉塵等工業(yè)固體廢渣為主要原料，制備建筑物隔熱保溫隔聲用泡沫陶瓷、海綿城市建設(shè)用透水陶瓷、裸露路面及建筑物裝飾用陶瓷板等新型建筑材料制品，提供全固廢或以工業(yè)廢渣為主要組成的新型建筑材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與方案。 根據(jù)不同尾礦、燃料廢渣、冶煉廢渣、建筑垃圾、水處理污泥等工業(yè)固廢的化學(xué)組成與物相特點(diǎn)，利用各廢渣化學(xué)組成間的協(xié)同-互補(bǔ)-相克原理，通過(guò)組成的科學(xué)設(shè)計(jì)和工藝控制，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢渣的最佳組合、最大化利用和高附加值利用；通過(guò)化學(xué)鍵合和物理包埋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢渣中可能存在的重金屬離子的固溶與固封，使制品不產(chǎn)生二次污染。其中，泡沫陶瓷的固廢含量為100wt%，體積密度0.37-0.61g/cm3，氣孔率78.3-88.5%，抗壓強(qiáng)度2.9-8.1MPa，抗彎強(qiáng)度1.4-4.3MPa；透水陶瓷的固廢含量為100wt%，透水系數(shù)4.68×10-2cm/s，抗壓強(qiáng)度72.3MPa，抗彎強(qiáng)度13.3MPa；陶瓷板的固廢含量為100wt%，體積密度1.96～2.01g/cm3，最高抗壓強(qiáng)度346.5MPa。 優(yōu)勢(shì)：（1）原材料優(yōu)勢(shì)：以工業(yè)廢渣為原料，無(wú)需消耗化工原料及礦產(chǎn)與土地資源；（2）技術(shù)優(yōu)勢(shì)：利用各廢渣化學(xué)組成間的協(xié)同-互補(bǔ)-相克效應(yīng)及固溶-固封技術(shù)，既可實(shí)現(xiàn)廢渣的最佳組合、最大化利用，又可賦予制品優(yōu)良的綜合性能，還可降低燒結(jié)溫度與時(shí)間，從而減少制備過(guò)程的能源消耗與排放。（3）其它優(yōu)勢(shì)：與有機(jī)泡沫材料相比，無(wú)機(jī)泡沫材料耐高溫，無(wú)安全隱患；與免燒結(jié)泡沫水泥相比，燒結(jié)泡沫陶瓷的強(qiáng)度高，使用可靠性強(qiáng)。