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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

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。

由生物質制成的炭具有無煙、無味、熱值高等特點，可以直接施放到土壤中或作為炭基肥的原料使用，一方面改良土壤、增加肥力，另一方面利用其耐降解性質，延長碳在土壤中的封存時間，降低溫室效應對全球氣候變化的負面影響。此外，生物炭是一種很好的吸附劑，具有較大的比表面積，其表面含有豐富的含氧活性功能團，可凈化水質，吸附土壤中一些常見的環境污染物如重金屬、農藥等。因成本較低，已廣泛使用于化工、冶金、環保、農業等領域。 目前，已有的生物炭生產系統都會至少存在下列問題之一：①產能小，難以滿足大規模生產需求，如窯式爐、釜式、螺旋推進爐等；②爐內溫度難以控制，生物炭品質難以保證，如豎流式爐等；③對原料要求高，應用范圍受到限制，如回轉窯；④能耗大，生產成本高，存在環境污染（特別是焦油難處置）。針對以上問題，東南大學將炭化過程產生的副產品（焦油和熱解氣）進行燃燒，燃燒產生的高溫煙氣采用內外聯合加熱方式為生物質炭化過程提供熱量，無焦油產生，實現連續式進出料和能量梯級利用。目前已建成日處理秸稈量7噸和24噸的成套工程，日產生物炭約2.1噸和7.5噸。工程連續穩定運行。 本技術已申請國家發明專利3件（授權2件），發表學術論文12篇，獲國家“973”、江蘇省環保廳科技項目支持。

由生物質制成的炭具有無煙、無味、熱值高等特點，可以直接施放到土壤中或作為炭基肥的原料使用，一方面改良土壤、增加肥力，另一方面利用其耐降解性質，延長碳在土壤中的封存時間，降低溫室效應對全球氣候變化的負面影響。此外，生物炭是一種很好的吸附劑，具有較大的比表面積，其表面含有豐富的含氧活性功能團，可凈化水質，吸附土壤中一些常見的環境污染物如重金屬、農藥等。因成本較低，已廣泛使用于化工、冶金、環保、農業等領域。 目前，已有的生物炭生產系統都會至少存在下列問題之一：①產能小，難以滿足大規模生產需求，如窯式爐、釜式、螺旋推進爐等；②爐內溫度難以控制，生物炭品質難以保證，如豎流式爐等；③對原料要求高，應用范圍受到限制，如回轉窯；④能耗大，生產成本高，存在環境污染（特別是焦油難處置）。針對以上問題，東南大學將炭化過程產生的副產品（焦油和熱解氣）進行燃燒，燃燒產生的高溫煙氣采用內外聯合加熱方式為生物質炭化過程提供熱量，無焦油產生，實現連續式進出料和能量梯級利用。目前已建成日處理秸稈量7噸和24噸的成套工程，日產生物炭約2.1噸和7.5噸。工程連續穩定運行。

生物能源是太陽能在生物體內以化學能儲存的能量形式,是最安全潔凈，持續可再生的重要能源，也是解決可替代交通運輸燃料的最有效手段。生物航空煤油是利用非食用植物油（麻風樹油，微藻油等）為原料，進行加氫，去氧，裂解異構化等改性處理后獲得生物航空煤油。生物航空潤滑油，利用蓖麻油為原料，通過酯化反應獲得耐高溫多元醇酯，替代石油基的潤滑油，同時也是新一代耐高溫新型航空潤滑油的重要保障。

? ? 生物合作探究實驗室獨特之處：革新的頂裝式集成系統使空間變得簡單、靈活。實驗桌可根據需求自由移動和組合，輕松實現各種模式的轉換。做到“你的教室你做主”。 ? ? 升降臂：化學升降臂可供應實驗室以光、電、氣、給排水、通風等系統

? 自然界中所有具有生命的物體叫做生物。一般來說，生物可以分為植物、動物和微生物三大類。其元素包括：在自然條件下，通過化學反應生成的具有生存能力和繁殖能力的有生命的物體以及由它（或它們）通過繁殖產生的有生命的后代。能進行呼吸，對外界的刺激做出相應反應，能與外界的環境相互依賴、相互促進。教育是一種生物現象，教育起源于一般的生物活動。 《生物實驗室》（鋁木結構） 生物實驗室系統特點： 　　本實驗室旨在通過基本實驗、綜合性實驗、自選和設計性實驗三個層次的實驗教學，強化基本實驗技能的訓練和運用，提高學生的實踐能力、學習能力和他新意識。 材料標準： 　　臺面：可選用進口耐強酸堿的實芯理化板、進口高密度中纖板、貼面理化板、鋼化玻璃鋼等。 　　臺身：進口雙貼面優質高壓三聚氫胺板。以優質PVC邊條封邊，經久耐用。 　　水槽水咀：可選取用陶瓷水槽PPR水槽，配優質全銅鍍鉻或噴塑三聯水咀。 序號 儀器名稱 規格 數量 單位 材質說明 1 教師演講臺 3000*750*900 1 張 全木結構；墨綠色佰克板臺面；環保型三聚氰胺板柜身 2 學生實驗臺 2800*600*780 12 張 鋁木結構；墨綠色佰克板臺面；環保型三聚氰胺板柜身 3 教師電源控制臺 470*200 1 套 教師實驗電源及實驗室電源控制系統 4 教師轉椅 五輪轉椅 1 把 液壓升降式仿皮五輪轉椅 5 學生電源盒（帶低壓電） 145*205（抽屜式） 24 套 220V電源插座，低壓交直流輸出 6 學生凳 300*450*/510 50 只 凳支柱為60壁厚為3MM鋼質型材，凳面使用聚丙烯共聚級注塑 7 電氣布線 DN25 1 套 符合國家安全標準 8 水槽 400*300*210 13 套 PP材質，實驗室專用水槽 9 三聯水嘴 三聯 1 付 銅質陶瓷芯閥，表面經環氧樹脂噴涂處理 10 給排水系統 標準件 25 套 國標專用給排水管 11 輔助光源 30W 1 套 飛利浦三基色還原節能日光燈 電教設備、各類生物儀器（可選配）