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氫是元素周期表中的第一個(gè)元素，亦是宇宙中豐度最高的元素。其在宇宙演化、生命起源、分子構(gòu)成、生物大分子組裝、化工生產(chǎn)等扮演著極其重要的角色。在單個(gè)團(tuán)簇中成功揭示3個(gè)“金屬氫”的存在不僅深化了對(duì)含有“金屬氫”納米材料結(jié)構(gòu)化學(xué)的認(rèn)識(shí)，而且更為重要的是，這為我們從多維度認(rèn)識(shí)氫元素的本質(zhì)提供了巨大的可能。

本項(xiàng)目提出了將時(shí)間維度與空間維度相結(jié)合的多尺度綜合能源需求分析與預(yù)測(cè)模型，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種面向智慧城市的綜合能源需求分析與預(yù)測(cè)的方法，提升能源供應(yīng)規(guī)劃和營(yíng)銷策略的優(yōu)化與決策支持。

成果描述：擁有獨(dú)立的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，采用磷鐵在水溶液中電解制備高純度FePO4，以水中的氧為產(chǎn)物提供氧源，可以實(shí)現(xiàn)原位除雜，不受磷鐵的原料來(lái)源限制；采用價(jià)廉的磷鐵和空氣中的氧為原料，通過(guò)與鋰鹽和補(bǔ)充磷源或鐵源在可控氣氛下反應(yīng)制備粒度和碳含量可控的LiFePO4，避開了目前合成方法中的專利技術(shù)壁壘問(wèn)題，不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛，將廢物循環(huán)利用與能源材料耦合起來(lái)，節(jié)能環(huán)保，從源頭上降低了磷酸鐵和磷酸鐵鋰的生產(chǎn)成本。 所采用的原料均為大宗化工產(chǎn)品，磷鐵副產(chǎn)物中的雜質(zhì)可以通過(guò)反應(yīng)工藝控制進(jìn)行無(wú)害化處理，在原料的供應(yīng)和價(jià)格方面都非常穩(wěn)定；通過(guò)工藝控制和反應(yīng)原料的組合，可以將反應(yīng)產(chǎn)生的CO2等副產(chǎn)物循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)零排放的綠色清潔工藝；將添加劑與磷鐵和鋰源及補(bǔ)充的鐵源或磷源充分混合，添加劑在后續(xù)的反應(yīng)中既可以起保護(hù)作用，又能形成對(duì)磷酸鐵鋰顆粒的原位包覆及控制晶粒生長(zhǎng)作用，能夠極大提高正極材料的導(dǎo)電性能；采用的工藝路線容易控制，工藝穩(wěn)定性好，容易實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。市場(chǎng)前景分析：本項(xiàng)目產(chǎn)品專門提供給各種電動(dòng)車（包括自行車、公交車、汽車、混合動(dòng)力車等）、電動(dòng)工具、手機(jī)、筆記本電腦、藍(lán)牙器件、UPS不間斷電源、攝像機(jī)、播放器、游戲機(jī)、電動(dòng)玩具、清潔器和極端氣候環(huán)境下的武器裝備等產(chǎn)品所需的鋰離子電池和超級(jí)電容器電極材料，特別在電動(dòng)車領(lǐng)域具有非常大的市場(chǎng)前景。作為電動(dòng)車電源，磷酸亞鐵鋰動(dòng)力電池具有熱穩(wěn)定性好、安全性高、壽命長(zhǎng)、倍率性能好、耐高溫、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，備受關(guān)注。與以往的鋰離子電池正極材料LiCoO2、LiMn2O4、LiNiMO2等相比，磷酸亞鐵鋰的安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無(wú)法相比的，這些也正是動(dòng)力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)，而且循環(huán)穩(wěn)定性好，1C充放循環(huán)壽命達(dá)2000次。單節(jié)電池過(guò)充電壓30V不燃燒、不爆炸，穿刺不爆炸。在未來(lái)幾年內(nèi)，磷酸鐵鋰地市場(chǎng)需求量將達(dá)5萬(wàn)噸以上，尤其是在動(dòng)力型電池應(yīng)用方面對(duì)磷酸鐵鋰地需求將大幅增加。與同類成果相比的優(yōu)勢(shì)分析：1．FePO4基本參數(shù)：純度≥97%，粒度≤1μm，而且根據(jù)需要可以進(jìn)行調(diào)控 2. LiFePO4基本參數(shù)： Li =~4.4%, Fe=35.4%, P=19.6%, C=2-6% 3. 物理參數(shù)： 松裝密度 ≥0.5 g/cm3 振實(shí)密度 ≥1.2 g/cm3, 中位粒徑 ~4 μm 4. 涂片參數(shù)： LiFePO4: C : PVDF=90:3:7 極片壓實(shí)密度：2.1-2.4 g/cm3 5. 電化學(xué)性能： 克容量>130mAh/g 測(cè)試條件：1C, 全電池。 克容量>140mAh/g 測(cè)試條件：紐扣0.1C, 電壓4.2-2.5V

成果描述：擁有獨(dú)立的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，采用磷鐵在水溶液中電解制備高純度FePO4，以水中的氧為產(chǎn)物提供氧源，可以實(shí)現(xiàn)原位除雜，不受磷鐵的原料來(lái)源限制；采用價(jià)廉的磷鐵和空氣中的氧為原料，通過(guò)與鋰鹽和補(bǔ)充磷源或鐵源在可控氣氛下反應(yīng)制備粒度和碳含量可控的LiFePO4，避開了目前合成方法中的專利技術(shù)壁壘問(wèn)題，不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛，將廢物循環(huán)利用與能源材料耦合起來(lái)，節(jié)能環(huán)保，從源頭上降低了磷酸鐵和磷酸鐵鋰的生產(chǎn)成本。 所采用的原料均為大宗化工產(chǎn)品，磷鐵副產(chǎn)物中的雜質(zhì)可以通過(guò)反應(yīng)工藝控制進(jìn)行無(wú)害化處理，在原料的供應(yīng)和價(jià)格方面都非常穩(wěn)定；通過(guò)工藝控制和反應(yīng)原料的組合，可以將反應(yīng)產(chǎn)生的CO2等副產(chǎn)物循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)零排放的綠色清潔工藝；將添加劑與磷鐵和鋰源及補(bǔ)充的鐵源或磷源充分混合，添加劑在后續(xù)的反應(yīng)中既可以起保護(hù)作用，又能形成對(duì)磷酸鐵鋰顆粒的原位包覆及控制晶粒生長(zhǎng)作用，能夠極大提高正極材料的導(dǎo)電性能；采用的工藝路線容易控制，工藝穩(wěn)定性好，容易實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。市場(chǎng)前景分析：本項(xiàng)目產(chǎn)品專門提供給各種電動(dòng)車（包括自行車、公交車、汽車、混合動(dòng)力車等）、電動(dòng)工具、手機(jī)、筆記本電腦、藍(lán)牙器件、UPS不間斷電源、攝像機(jī)、播放器、游戲機(jī)、電動(dòng)玩具、清潔器和極端氣候環(huán)境下的武器裝備等產(chǎn)品所需的鋰離子電池和超級(jí)電容器電極材料，特別在電動(dòng)車領(lǐng)域具有非常大的市場(chǎng)前景。作為電動(dòng)車電源，磷酸亞鐵鋰動(dòng)力電池具有熱穩(wěn)定性好、安全性高、壽命長(zhǎng)、倍率性能好、耐高溫、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，備受關(guān)注。與以往的鋰離子電池正極材料LiCoO2、LiMn2O4、LiNiMO2等相比，磷酸亞鐵鋰的安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無(wú)法相比的，這些也正是動(dòng)力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)，而且循環(huán)穩(wěn)定性好，1C充放循環(huán)壽命達(dá)2000次。單節(jié)電池過(guò)充電壓30V不燃燒、不爆炸，穿刺不爆炸。在未來(lái)幾年內(nèi)，磷酸鐵鋰地市場(chǎng)需求量將達(dá)5萬(wàn)噸以上，尤其是在動(dòng)力型電池應(yīng)用方面對(duì)磷酸鐵鋰地需求將大幅增加。目前全球磷酸鐵鋰生產(chǎn)能力小于2000噸/年，投資磷酸鐵鋰項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)小，回報(bào)快。與同類成果相比的優(yōu)勢(shì)分析：1．FePO4基本參數(shù)：純度≥97%，粒度≤1μm，而且根據(jù)需要可以進(jìn)行調(diào)控 2. LiFePO4基本參數(shù)： Li =~4.4%, Fe=35.4%, P=19.6%, C=2-6% 3. 物理參數(shù)： 松裝密度 ≥0.5 g/cm3 振實(shí)密度 ≥1.2 g/cm3, 中位粒徑 ~4 μm 4. 涂片參數(shù)： LiFePO4: C : PVDF=90:3:7 極片壓實(shí)密度：2.1-2.4 g/cm3 5. 電化學(xué)性能： 克容量>130mAh/g 測(cè)試條件：1C, 全電池。 克容量>140mAh/g 測(cè)試條件：紐扣0.1C, 電壓4.2-2.5V

本項(xiàng)目提出了將時(shí)間維度與空間維度相結(jié)合的多尺度綜合能源 需求分析與預(yù)測(cè)模型，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種面向智慧城市的綜合能源需 求分析與預(yù)測(cè)的方法，提升能源供應(yīng)規(guī)劃和營(yíng)銷策略的優(yōu)化與決策支 持。 項(xiàng)目特色： ? 面向綜合能源時(shí)空數(shù)據(jù)的需求分析和預(yù)測(cè)可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)， 結(jié)合地理區(qū)域的相互關(guān)系來(lái)預(yù)測(cè)給定時(shí)間范圍和空間位置的 能源需求。 ? 針對(duì)綜合能源的特性，項(xiàng)目提出了聯(lián)合學(xué)習(xí)和遷移學(xué)習(xí)的思想 對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練。同時(shí)優(yōu)化不同區(qū)域中多種類型能源的聯(lián)合預(yù) 測(cè)模型，將已有模型的結(jié)果遷移到訓(xùn)練集數(shù)據(jù)不足的模型中， 提高能源用量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。 ? 面向智慧城市的綜合能源信息應(yīng)用服務(wù)場(chǎng)景，并利用 GIS 技術(shù) 實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)分析和用戶用電特性分析的可視化。

一、項(xiàng)目進(jìn)展 創(chuàng)意計(jì)劃階段 二、負(fù)責(zé)人及成員 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 入學(xué)/畢業(yè)時(shí)間 學(xué)號(hào) 高春林 克勞斯塔爾大學(xué) 2019 / 三、指導(dǎo)教師 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 職務(wù)/職稱 研究方向 李茜 電信院/電氣工程 副教授 能源系統(tǒng)智能感知 四、項(xiàng)目簡(jiǎn)介 深海生命線衛(wèi)士—復(fù)合能源管道健康管理系統(tǒng)是集能源管道實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)評(píng)估、故障預(yù)警、三維立體顯示、創(chuàng)新健康管理、用戶檢修策略等多功能為一體的能源管道在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的人工巡檢和巡邏船巡檢的故障監(jiān)測(cè)模式，將大幅度減少綜合成本。該系統(tǒng)改進(jìn)了市面上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能單一、顯示界面陳舊等問(wèn)題，率先提出創(chuàng)新性健康管理功能，使用戶全面了解能源管道的生命周期及整體健康情況，為用戶提供高效狀態(tài)檢修策略。該系統(tǒng)定位是做能源管道健康管理系統(tǒng)先驅(qū)，守衛(wèi)深海生命線安全。

鋁鎵合金是一種新型、易儲(chǔ)、即取的固體能量塊。其是以鋁為主體的在線供氫材料，加水實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)釋氫。其制備工藝流程簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，且產(chǎn)品易于儲(chǔ)存、運(yùn)輸和銷售。該項(xiàng)成果處于同類產(chǎn)品世界領(lǐng)先水平，其產(chǎn)業(yè)化能夠避免目前氫氣利用過(guò)程中儲(chǔ)存、運(yùn)輸和加注等環(huán)節(jié)帶來(lái)的困擾，從而有效突破阻礙氫能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。 研究團(tuán)隊(duì) 吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 魏存弟教授研發(fā)團(tuán)隊(duì) 成果成熟度 可產(chǎn)業(yè)化。

本課題從能源互聯(lián)網(wǎng)自下而上構(gòu)建開放互聯(lián)、對(duì)等分享的新型能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的需求出發(fā)，提出能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵裝備。借鑒互聯(lián)網(wǎng)的理念、技術(shù)、方法和架 構(gòu)，能源路由器效仿信息網(wǎng)絡(luò)路由器，以實(shí)現(xiàn)能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲(chǔ)能以及信息通信技術(shù)的發(fā)展，本課題結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)用戶需求側(cè)能量交換與互聯(lián)的需 求，研制低壓小容量能源路由器。清華大學(xué)在國(guó)內(nèi)較早開始開展能源互聯(lián)網(wǎng)方面的研究工作，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)、 關(guān)鍵技術(shù)，并開展能源路由器以及相關(guān)信息通信技術(shù)等方面的研發(fā)工作，并于 2014 年獲得 國(guó)家自然科學(xué)基金委首個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)方面的立項(xiàng)——“能源互聯(lián)網(wǎng)建模、分析與優(yōu)化理論研 究”，目前參與承擔(dān)國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)研究”“能源互聯(lián)網(wǎng)信息通 信體系架構(gòu)研究”和“全球視角下能源互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)建理論及情景分析”等直接能源互聯(lián) 網(wǎng)相關(guān)研究。能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心重大裝備，未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)會(huì)以大量電力電子裝置呈現(xiàn)，電能路由器以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)，電能路由器未來(lái)能替代電力變壓器、電力電子裝備 等，加上隨著新能源和分布式新能源的發(fā)展，新能源的接入成為能源路由器的最大推手，市 場(chǎng)規(guī)模達(dá)到百億以上。