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1 成果簡介作為一種清潔、高效的能量轉換裝置， 質子交換膜燃料電池的理論比能量高達32940Wh/kg（ 在地面上使用時可不計空氣的質量），是各種電化學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， 是最先進的能量轉換技術之一。現在世界各國正在加速其在民用領域的產品開發(fā)。 利用質子交換膜燃料電池國產關鍵原材料，創(chuàng)新膜電極制備方法（“熱定型” CCM 制備法）和優(yōu)化制備工藝，開發(fā)出了高性能、大面積的國產材料膜電極批量制備技術。并在模塊化燃料電池設計和計算機模擬仿真的基礎上，研制出了空冷、自增濕式質子交換膜燃料電池發(fā)電機。該成果獲得全國第十九屆發(fā)明展覽會發(fā)明金獎。空冷、自增濕式質子交換膜燃料電池發(fā)電機，主要由燃料電池、供氣軸流風扇、陽極間歇式排氣電磁閥、 DC/DC 穩(wěn)壓器和控制電路板等組成，燃料電池采用陰極與大氣貫通的開 放設計和高效的自增濕專利技術，能實現寬功率范圍的自增濕發(fā)電。在電化學發(fā)電過程中，無需進行復雜的熱管理和對反應氣體進行預加濕，大大地減化了系統結構，提高了系統比功率（ 265W/kg、 211W/L），并降低了成本，是一種實用性很強的新能源發(fā)電機。該發(fā)電機采用普氫燃料，發(fā)電效率可達到 50%以上，功率密度可達到 300mW/cm2 以上，無污染。在分布式電站、交通動力和便攜式電源方面具有廣泛的應用前景。 燃料電池發(fā)電機技術指標： 上圖： 1.3 千瓦 空冷、自增濕式燃料電池發(fā)電機 (43 cells)2 應用說明經過近十年來的電動汽車、 分布式電站、電源等領域的廣泛示范應用（ 燃料電池已經在航天、軍事上得到應用，燃料電池備用電源和燃料電池家用電站正在開始商業(yè)化）， 質子交換膜燃料電池技術的成熟度已經逐漸被用戶所接受。目前，其商業(yè)化主要問題是成本較高（采用進口材料成本昂貴）， 而本項目采用“ 863” 計劃“ 全國產材料燃料電池發(fā)電機” 成果，利用國產原材料制備燃料電池電堆，燃料電池材料供應不僅有安全保障，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 應用說明本項目屬新能源發(fā)電機領域。在分布式電站、交通動力和便攜式電源方面具有廣泛的應用前景。4 效益分析目前，質子交換膜燃料電池的先進制造水平為：電極催化劑載量為 0.5 毫克/平方厘米（電極）左右，電極性能可以在常壓空氣條件下達到 0.62V、 1A/cm2 (0.62W/ cm2)。如在批量生產的情況下， 1 千瓦的質子交換膜燃料電池電堆僅需要使用約 2 克的 Pt 催化劑、 0.2 平方米的質子交換膜、 0.4 平方米的碳紙擴散層和約 0.24 平方米模壓雙極板。考慮國產燃料電池材料的批量生產，估計能實現的經濟指標： 1500 元/平方米（質子交換膜）、催化劑 400 元/克（ Pt）、 300 元/平方米（碳紙）、 600 元/平方米（模壓石墨板）。 1 千瓦全國產材料燃料電池堆的關鍵材料成本可控制在 1500 元以下，這與目前進口材料燃料電池 26000 元/千瓦的成本相比， 國產材料燃料電池堆具有十分誘人的前景，這一批量生產的經濟指標已經遠遠低于電站成本要求 8000 元/千瓦，距離交通動力 500 元/千瓦的產業(yè)化目標也為時不遠。

研究領域 以企業(yè)的生產需要為出發(fā)點，以研發(fā)新產品、新設備、新工藝為目標，進行光機電一體化成套設備及新技術的研究與開發(fā)，解決企業(yè)發(fā)展過程中的瓶頸問題。圍繞創(chuàng)新制造工藝、機電控制及自動化，開展綠色化、系統化智能機電一體化技術及其在生產過程中的應用研究。主要研究方向有：（1）綠色新能源生產技術及設備（2）特種加工機械（3）新型包裝機械（4）根據企業(yè)實際需求定制光機電一體化成套設備（生產線）的研發(fā)。科研成果及簡介 所承擔主要項目： 鋅空燃料電池極片干嵌法成形過程控制的理論與技術(國家自然基金) ·高速水墨柔性印刷模切機CL1224 （國家科技部） ·機械軟起動控制系統的開發(fā)（天津市教委） ·柔性傳動行星輪差速機構的研究 （河北省教育廳） ·機械液壓自動控制軟啟動系統（石家莊科技局） ·自動分頁裝訂機的開發(fā)研究（河北省教委） 橫向課題： 紙管機開發(fā)（天津巨業(yè)衣架制造有限公司） 盤料螺紋鋼滾絲機（天津市天鵬建筑器材有限公司） 五金平臺自動機械手的研制（慶輝五金制品有限公司） 乒乓膠皮海綿上料系統的研發(fā)（天津七二九體育器材開發(fā)有限公司） 電池極片卷繞設備（海裕百特鋰能設備有限公司） 鋰電池極片軋制卷繞線 ； 流延膜擠壓收卷裝置及控制系統的合作研發(fā)； 瓦棱機生產線控制系統的研制； KSQ-500電池極片卷繞設備開發(fā) 木工挖船機（威盧克斯有限公司） WS-260衛(wèi)生巾生產線獲獎與專利一種布料機                  發(fā)明專利           專利號：200910068754.x一種雙向水泥土攪拌樁機      發(fā)明專利           專利號：200910069172.3一種雙向水泥土攪拌樁機      發(fā)明專利           專利號：200910069171.9一種雙向水泥土攪拌樁鉆桿    發(fā)明專利           專利號：200910069170.4一種收獲機                  發(fā)明專利           專利號：200910069269.4可轉讓項目 可承擔（合作開發(fā)）科研項目與技術合作光機電一體化成套設備（生產線）的研發(fā)

產品詳細介紹

2020 年 7 月 10 日，國際著名期刊《Science》刊發(fā)論文《電場誘導異質界面金屬態(tài)構建超質子傳輸》（Proton transport enabled by a field-induced metallic state in a semiconductor heterostructure）。東南大學太陽能技術研究中心/儲能聯合研究中心首席科學家朱斌教授為該論文共同一作和主通訊作者，此項研究成果標志著東南大學在燃料電池領域相關研究取得了重大進展。  朱斌教授等人采用完全不同于傳統離子導體結構摻雜的方法，構建半導體材料的異質結構，通過利用半導體異質界面電子態(tài)/金屬態(tài)特性把質子局域于異質界面，設計和構造具有最低遷移勢壘的超質子高速通道；在燃料電池中，質子經電化學嵌入到異質材料界面，被帶正電的氧化鈰表面排斥到鈷酸鈉表面，但同時受到正電鈉離子的排擠不能進入鈷酸鈉內部，因而局域于兩者材料的界面空間，從而實現在最低勢壘的層間連續(xù)快速遷移。  實驗成功地驗證了理論和計算結果，獲得了極其優(yōu)異的質子電導率（較傳統釔穩(wěn)定二氧化鋯電解質材料的電導率提升了幾個數量級），實現了先進質子陶瓷燃料電池示范。

研究團隊設計和合成出一種具有開放式結構的劍麻狀Co9S8材料，并首次將其作為鋰空氣電池正極。其開放狀結構不僅為反應產物提供了豐富儲存空間，有效避免不溶Li2O2對空氣電極的堵塞。而且，特殊的開放式結構有利于氧氣的俘獲與釋放，為高效快速電極反應提供保障；其次，Co9S8具有優(yōu)異的催化活性，有效改善了氧氣反應動力學，大幅度提高了電極反應速度；最后，Co9S8且具有良好的氧氣親和性，可以誘導氧氣在Co9S8納米棒表面反應生成過氧化鋰，形成優(yōu)異的Li2O2/電極接觸界面，從而有利于充電過程中充分發(fā)揮Co9S8的催化效率，促進Li2O2的完全分解。所以，該Co9S8空氣電極綜合解決了上述三個方面的問題，相應的鋰空電池表現出優(yōu)異的電化學性能。在50 mA g-1的電流密度下，可以獲得高達~6875 mAh g-1的放電容量，在控制放電容量為1000 mAh g-1的條件下，可以將充放電過電位降低至0.57 V，優(yōu)于目前已報道的氧化物基催化劑。

本項目所涉及的微型燃料電池是燃料電池應用中最有市場前景的一個。微型燃料電池是指輸出功率在100W以下，具有良好可攜帶性的小功率燃料電池。這類燃料電池能用于各類便攜式用電設備、音像設備和計算機等信息產品。本項目以迅速地實現樣機的制備、商品化以及大批量生產和高盈利為基本目標。項目進行過程中，將以現有的膜電極制備技術為基礎，系列化開發(fā)、生產便攜式電器使用的燃料電池。中期目標確定在不同類型的小型燃料電池，逐步以產品細分和增加產量提高市場份額。投資視市場實現情況，分期投入。本項目研究的目標集中在直接甲醇燃料電池的小型化、產業(yè)化與實用化上。在研究過程中，通過對電極結構、流場形狀與內填充方案、整機設計、新型催化劑合成方案和電池性能衰減的研究，達到提高電池輸出功率、抬高中電流密度區(qū)電位、縮小電池體積、實現初步產業(yè)化的目的。考慮到電池的可攜帶性、體積和工作條件，該類燃料電池擬采用本研究團隊較為成熟的質子交換膜燃料電池技術為主，堿性燃料電池為后備方案進行開發(fā)。研究的重心將放在燃料電池核心部件——膜電極與整個電池系統的整合上，以達到提高電池輸出功率、抬高中電流密度區(qū)電位、縮小電池體積、實現初步產業(yè)化的目的。