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1. 痛點問題 隨著人們環保意識的增強，以及“雙碳”目標的提出，氣體燃料在工業生產中的比重越來越大。我國工業鍋爐污染物排放標準是世界上最嚴格的標準，但我國氣體燃料清潔燃燒的研究相比歐美國家晚，雖然近幾年國產氣體燃燒器有了長足的發展，但大都局限在低功率的小型燃燒器范圍內，燃料種類單一，燃燒器性能與國外知名燃燒器相比仍有較大差距。目前國內市場，進口燃燒器占比在80 %以上，大功率燃燒器（＞25 MW）占比在90 %以上。急需開發高性能的國產燃燒器，以減少企業投資成本，提高企業綜合競爭力。 2. 解決方案 燃燒器采用特殊的結構，卷吸高溫煙氣，將空氣與燃料稀釋，降低燃燒強度，提高燃燒穩定性，同時采用亞音速設計加強了燃料與空氣的混合，減少局部高溫區比例。 合作需求 合作需求：從事燃燒設備制造加工等企業，有一定的燃燒器制造/運行/調試經驗，本燃燒器適用于燃燒天然氣、氫氣、高爐煤氣、焦爐煤氣、炭黑尾氣以及蘭炭尾氣等多種氣體，可用于工業供熱/蒸汽、水泥生產、陶瓷生產、石油冶煉等多個領域。

派恩新能將廣泛應用于能源、化工、環境治理、生物醫療、基礎設施建設等行業，成為企業降低成本、提升效率、減少污染的好幫手。 一、項目進展 創意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業 入學/畢業時間 錢飛揚 信息與電子工程學院/信息工程專業 2021/2025 林映琦 公共管理學院/勞動與社會保障專業 2020/2024 三、指導教師 姓名 學院 職務/職稱 研究方向 徐象國 能源工程學院 副所長/教授 制冷空調 四、項目簡介 派恩新能擁有國內唯一自主研發的高精度數值模擬流體仿真技術。團隊擁有1項國家發明專利授權，具有堅實的技術壁壘。 致力于成為中國最具技術自主權的工業仿真綜合技術服務提供商，為工業企業提供高精度流體仿真分析和專業化技術咨詢服務，通過模擬企業工業現狀，幫助企業識別工業問題，并提出智慧解決方案。 派恩新能將廣泛應用于能源、化工、環境治理、生物醫療、基礎設施建設等行業，成為企業降低成本、提升效率、減少污染的好幫手。 目前派恩新能提供的服務主要分為兩大板塊：（1）流體仿真分析，（2）專業化技術咨詢服務，能為能源、環境等多個工業行業的實際工業問題提供一站式的技術服務支持，可以打通能源制備與運輸的產業鏈，通過派恩新能技術實現產業集成化，從而大大降低新能源的普及與使用成本。 針對諸多工業領域，派恩新能可以在流體仿真分析的基礎上，為企業提供專業的定制化技術咨詢服務，涵蓋工業監測、工業流程優化、智慧管控優化、安全生產管理系統等一系列技術咨詢服務。

2021 年 1 月 27 日，由西南交大與中車大同聯合研制的我國首臺氫燃料電池混合動力機車，在中車大同電力機車有限公司成功下線，標志著我國氫能軌道交通技術取得關鍵突破。該車采用西南交通大學陳維榮教授團隊研發的軌道交通大功率燃料電池發電系統，突破了燃料電池混合動力系統集成、系統優化控制以及能量管理等核心技術，電堆采用國際領先、可低溫啟動的日本豐田金屬電堆，這也是燃料電池金屬電堆在軌道交通領域的首次應用。該車設計時速每小時 80 公里，滿載氫氣可單機連續運行 24.5 小時，平直道最大牽引載重超過 5000 噸，在不用改變任何鐵路基礎線路條件下，可在各類機務段、車輛段、編組站以及大型工廠、礦山、港口等場所執行運轉、調車、救援等多用途任務。 陳維榮教授團隊自 2008 年起，在我國率先開展氫燃料電池在軌道交通中的應用研究，開拓了氫能軌道交通研究方向。歷時十余年的技術攻關，團隊突破了大功率燃料電池優化控制、混合動力系統能量管理、故障診斷與壽命預測等關鍵技術，于 2013 年成功研制我國首輛燃料電池電動機車，并于 2016 年與中車唐山公司聯合研制成功世界首列燃料電池混合動力有軌電車，引領了我國氫能軌道交通技術發展。 

燃料電池技術應用的關鍵在與新材料的開發，基于材料的優化得到更好的燃料電池產電輸出性能。項目團隊基于固態離子理論，設計了一系列燃料電池電極新材料及新結構，以提高電池輸出性能為目的，開發了一系列高性能的陽極功能材料，陰極層材料與新結構。項目取得完整知識產權，申請發明專利15件，授權發明專利8件。

項目簡介： 項目內容及規模： 本項目將廢塑料進行熱解得到燃油然后脫除雜質，油品質量得到 了明顯改善，達到燃料油的質量標準。初步實施預計年生產規模 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境的問題，能夠產生顯著的經濟效益和社會效益，具有廣泛的應用前景。 投資估計： 預計投資 100 萬。 經濟和社會效益： 預計年銷售額 1000 萬，年產生效益 200 萬。 科研技術優勢： 本項目具有投資少，操作成本低的特點，還可以應用于其它有機 固廢回收利用，制備燃料油和可燃氣的各個領域。

中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心及化學與材料科學學院的曾杰教授團隊和國家同步輻射實驗室鮑駿教授團隊合作，通過精準的氧化刻蝕，調控鈀鉑合金的形貌和組分，設計并構筑出了超立方體框架結構催化劑，其在氫氧燃料電池陰極反應中表現出高活性和高穩定性。研究成果以 “Pd-Pt Tesseracts for the Oxygen Reduction Reaction”為題發表在《美國化學會志》上（J. Am. Chem.Soc. 2021,doi.org/10.1021/jacs.0c12282）。該研究團隊受三維立方體向四維超立方體演變的啟發，將鈀鉑均勻合金立方體進行氧化刻蝕，通過精準調控鈀原子的去除和余下鈀原子與鉑原子的重排，得到鈀鉑合金超立方體框架結構（圖 1）。此外，通過調節初始立方體中鈀、鉑兩種元素的比例，還可以得到八足體和立方框架結構。在氫氧燃料電池陰極催化測試中，立方框架結構、超立方體結構和八足體結構的單位質量活性分別達到了商用鉑碳催化劑的 4.1 倍，11.6 倍和 8.3 倍。此外，超立方體結構催化劑還表現出了最高的本征活性（2.09 安培每平方厘米）和優異的性能穩定性。密度泛函理論計算表明超立方體表面晶面的氧吸附能最接近于理論最優值，這一趨勢與實際測試的氧還原活性順序相一致。這種新的超立方體框架催化劑設計理念為今后相關電催化劑的設計提供了新的思路。

本實用新型公開了一種液體燃料噴霧擴散燃燒特性研究系統。包括定容燃燒彈彈體、進氣系統、排氣系統、點火模塊、加熱模塊、高壓共軌系統、數據采集模塊、紋影成像系統、激光診斷系統、電控單元。本實用新型可以研究不同初始壓力和溫度下，不同液體燃料的噴霧擴散燃燒特性。實驗時，利用點火模塊將預先充入在定容燃燒彈內的預混可燃氣體點燃，在定容彈內產生高溫高壓的環境以模擬柴油機壓縮上止點附近缸內高溫、高壓的環境，在定容彈壓力下降到設定值時，控制單元控制噴油器將高壓燃油噴入定容彈內，燃油在定容燃燒彈內迅速霧化并被壓燃，利用紋影成像系統同步記錄燃油壓燃燃燒火焰傳播過程，結合激光診斷技術研究不同液體燃料的噴霧擴散燃燒特性。

01. 成果簡介 近年來，隨著氫能利用技術發展逐漸成熟，應對氣候變化壓力持續增大，以及氫能市場前景巨大，氫能在世界范圍內備受關注，世界發達國家均將氫能及綜合應用作為未來能源發展的重點方向之一。燃料電池汽車融合了內燃機汽車和純電動汽車的優點，不僅具有零排放、高效與高功率密度的優勢，而且續駛里程足夠長，被業界公認為是新能源汽車的發展趨勢。經過北京奧運會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迭代優化，燃料電池汽車開始進入交通運輸領域的主戰場，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域的應用，氫燃料電池商用車已實現小批量生產并在上海、北京、河北、廣東等地示范運營。氫能行業迎來了產品孕育的發展機遇。 膜電極作為燃料電池發動機的核心部件，代表企業如美國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，創新點為：1）采用“熱定型法”工藝制備催化層，優化電化學三相界面和促進多相傳質，解決了傳統膜電極性能低、壽命短瓶頸問題；2）發明了將質子交換膜和催化層封裝在氣體擴散層內的一體化膜電極產品，提升了燃料電池的一致性和可靠性,并提高了電堆生產效率。該項成果已應用于示范項目，應用情況良好。性能指標：1）面電導: >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2.3,濕度80%)5）壽命:20000小時（加速老化法,10%性能衰減）02. 應用前景 燃料電池03. 知識產權 本項成果已申請專利22項。04. 團隊介紹 團隊在燃料電池應用研究方面已有超過20年的技術積累，在技術開發和成果轉化過程中，先后獲得“第十九屆全國發明展覽會發明獎”金獎、北京市第三屆發明專利獎一等獎、“清華大學科研成果推廣應用效益獎”二等獎、“第十屆國際發明展覽會發明獎”金獎、湖北省技術發明獎等多項獎勵。負責人為副教授、博士生導師，累計在多個國際權威期刊上發表SCI論文96多篇，申請發明專利60余項。05. 合作方式 技術許可。06.聯系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn wangcheng@tsinghua.edu.cn

成果簡介：該技術是指以柴油機為平臺的天然氣發動機多點電噴電子控制系統。發動機系統在燃用柴油時，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 技術領域：先進制造 應用范圍：柴油機廠 現狀特點：天然氣對柴油的替代率平均不少于80%，達到國內外同類機型的水平。 成

節能和環保是綠色社會的主要議題，發展取代化石燃料的新能源技術迫在眉睫。鋅-空氣電池是一種化學能轉換為電能的裝置，由于其理論能量密度高、安全性高、價格低廉以及環保等優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時代先進制造業的重點研究方向，尤其是便攜式電子產品正朝著超薄、集成、靈活的可穿戴設備方向發展。作為一個新興領域，柔性鋅-空氣電池符合可穿戴電子設備的要求，發展潛力巨大。 柔性電池是一個復雜的系統，柔性鋅空氣電池的容量和能量密度等關鍵參數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，致力于發展具有完全自主知識產權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品，病人植入式監測、追蹤和定位的醫療器械、物聯網智能標簽、環境傳感器、助聽器等等。