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成果描述：擁有獨立的自主知識產權，采用磷鐵在水溶液中電解制備高純度FePO4，以水中的氧為產物提供氧源，可以實現原位除雜，不受磷鐵的原料來源限制；采用價廉的磷鐵和空氣中的氧為原料，通過與鋰鹽和補充磷源或鐵源在可控氣氛下反應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壁壘問題，不存在知識產權糾紛，將廢物循環利用與能源材料耦合起來，節能環保，從源頭上降低了磷酸鐵和磷酸鐵鋰的生產成本。 所采用的原料均為大宗化工產品，磷鐵副產物中的雜質可以通過反應工藝控制進行無害化處理，在原料的供應和價格方面都非常穩定；通過工藝控制和反應原料的組合，可以將反應產生的CO2等副產物循環利用，實現零排放的綠色清潔工藝；將添加劑與磷鐵和鋰源及補充的鐵源或磷源充分混合，添加劑在后續的反應中既可以起保護作用，又能形成對磷酸鐵鋰顆粒的原位包覆及控制晶粒生長作用，能夠極大提高正極材料的導電性能；采用的工藝路線容易控制，工藝穩定性好，容易實現大批量生產。市場前景分析：本項目產品專門提供給各種電動車（包括自行車、公交車、汽車、混合動力車等）、電動工具、手機、筆記本電腦、藍牙器件、UPS不間斷電源、攝像機、播放器、游戲機、電動玩具、清潔器和極端氣候環境下的武器裝備等產品所需的鋰離子電池和超級電容器電極材料，特別在電動車領域具有非常大的市場前景。作為電動車電源，磷酸亞鐵鋰動力電池具有熱穩定性好、安全性高、壽命長、倍率性能好、耐高溫、綠色環保等特點，備受關注。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壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術指標，而且循環穩定性好，1C充放循環壽命達2000次。單節電池過充電壓30V不燃燒、不爆炸，穿刺不爆炸。在未來幾年內，磷酸鐵鋰地市場需求量將達5萬噸以上，尤其是在動力型電池應用方面對磷酸鐵鋰地需求將大幅增加。與同類成果相比的優勢分析：1．FePO4基本參數：純度≥97%，粒度≤1μm，而且根據需要可以進行調控 2. LiFePO4基本參數： Li =~4.4%, Fe=35.4%, P=19.6%, C=2-6% 3. 物理參數： 松裝密度 ≥0.5 g/cm3 振實密度 ≥1.2 g/cm3, 中位粒徑 ~4 μm 4. 涂片參數： LiFePO4: C : PVDF=90:3:7 極片壓實密度：2.1-2.4 g/cm3 5. 電化學性能： 克容量>130mAh/g 測試條件：1C, 全電池。 克容量>140mAh/g 測試條件：紐扣0.1C, 電壓4.2-2.5V

成果描述：擁有獨立的自主知識產權，采用磷鐵在水溶液中電解制備高純度FePO4，以水中的氧為產物提供氧源，可以實現原位除雜，不受磷鐵的原料來源限制；采用價廉的磷鐵和空氣中的氧為原料，通過與鋰鹽和補充磷源或鐵源在可控氣氛下反應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壁壘問題，不存在知識產權糾紛，將廢物循環利用與能源材料耦合起來，節能環保，從源頭上降低了磷酸鐵和磷酸鐵鋰的生產成本。 所采用的原料均為大宗化工產品，磷鐵副產物中的雜質可以通過反應工藝控制進行無害化處理，在原料的供應和價格方面都非常穩定；通過工藝控制和反應原料的組合，可以將反應產生的CO2等副產物循環利用，實現零排放的綠色清潔工藝；將添加劑與磷鐵和鋰源及補充的鐵源或磷源充分混合，添加劑在后續的反應中既可以起保護作用，又能形成對磷酸鐵鋰顆粒的原位包覆及控制晶粒生長作用，能夠極大提高正極材料的導電性能；采用的工藝路線容易控制，工藝穩定性好，容易實現大批量生產。市場前景分析：本項目產品專門提供給各種電動車（包括自行車、公交車、汽車、混合動力車等）、電動工具、手機、筆記本電腦、藍牙器件、UPS不間斷電源、攝像機、播放器、游戲機、電動玩具、清潔器和極端氣候環境下的武器裝備等產品所需的鋰離子電池和超級電容器電極材料，特別在電動車領域具有非常大的市場前景。作為電動車電源，磷酸亞鐵鋰動力電池具有熱穩定性好、安全性高、壽命長、倍率性能好、耐高溫、綠色環保等特點，備受關注。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壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術指標，而且循環穩定性好，1C充放循環壽命達2000次。單節電池過充電壓30V不燃燒、不爆炸，穿刺不爆炸。在未來幾年內，磷酸鐵鋰地市場需求量將達5萬噸以上，尤其是在動力型電池應用方面對磷酸鐵鋰地需求將大幅增加。目前全球磷酸鐵鋰生產能力小于2000噸/年，投資磷酸鐵鋰項目風險小，回報快。與同類成果相比的優勢分析：1．FePO4基本參數：純度≥97%，粒度≤1μm，而且根據需要可以進行調控 2. LiFePO4基本參數： Li =~4.4%, Fe=35.4%, P=19.6%, C=2-6% 3. 物理參數： 松裝密度 ≥0.5 g/cm3 振實密度 ≥1.2 g/cm3, 中位粒徑 ~4 μm 4. 涂片參數： LiFePO4: C : PVDF=90:3:7 極片壓實密度：2.1-2.4 g/cm3 5. 電化學性能： 克容量>130mAh/g 測試條件：1C, 全電池。 克容量>140mAh/g 測試條件：紐扣0.1C, 電壓4.2-2.5V

本項目提出了將時間維度與空間維度相結合的多尺度綜合能源 需求分析與預測模型，設計并實現了一種面向智慧城市的綜合能源需 求分析與預測的方法，提升能源供應規劃和營銷策略的優化與決策支 持。 項目特色： ? 面向綜合能源時空數據的需求分析和預測可以根據歷史數據， 結合地理區域的相互關系來預測給定時間范圍和空間位置的 能源需求。 ? 針對綜合能源的特性，項目提出了聯合學習和遷移學習的思想 對模型進行訓練。同時優化不同區域中多種類型能源的聯合預 測模型，將已有模型的結果遷移到訓練集數據不足的模型中， 提高能源用量預測的準確率。 ? 面向智慧城市的綜合能源信息應用服務場景，并利用 GIS 技術 實現配電網分析和用戶用電特性分析的可視化。

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 學號 高春林 克勞斯塔爾大學 2019 / 三、指導教師 姓名 學院/所學專業 職務/職稱 研究方向 李茜 電信院/電氣工程 副教授 能源系統智能感知 四、項目簡介 深海生命線衛士—復合能源管道健康管理系統是集能源管道實時監測、狀態評估、故障預警、三維立體顯示、創新健康管理、用戶檢修策略等多功能為一體的能源管道在線監測系統。該系統代替了傳統的人工巡檢和巡邏船巡檢的故障監測模式，將大幅度減少綜合成本。該系統改進了市面上監測系統功能單一、顯示界面陳舊等問題，率先提出創新性健康管理功能，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檢修策略。該系統定位是做能源管道健康管理系統先驅，守衛深海生命線安全。

我國現在運行的壓水堆核電廠發電效率約為 33％，核燃料放出熱量的 2/3被作為廢熱排入海中，造成熱污染；較先進的火力電廠的發電效率也僅 40％左右。而水作為人類最寶貴的不可替代的自然資源，水短缺問題正日益影響著全球的生態環境和社會、經濟發展。海水淡化技術是解決水資源緊缺問題的一條有效 途徑，世界各國也越來越重視這種新技術。低溫多效蒸發海水淡化（LT-MED）技術預處理簡單，工作溫度低，傳熱效率高，系統操作彈性大，并可有效地利用鍋爐等余熱或其它低位熱能，電廠實現水電聯產，成為海水淡化的主流技術之一。 針對日產萬噸級 LT-MED 設備國產化，開展了相關基礎研究，對 LT-MED 蒸發器的水平管結構、材料及布置形式，在低溫低壓、管內外均發生相變條件下進行了傳熱和流動的試驗研究，獲得了水平管降膜蒸發的基礎數據，并確定了管外海水噴淋參數和管內蒸汽參數對傳熱特性及管內流動阻力特性的影響，得到了傳熱準則關聯式和阻力計算關聯式；建立了低溫多效海水淡化裝置單效蒸發器的熱力計算模型，運用實驗關聯式，考慮了海水噴淋密度、溫度、鹽度，以及管內蒸汽流量、壓力對傳熱系數的影響，也考慮了水和海水的物性隨溫度或鹽度的變化。研發的計算程序可獲得蒸發器內部流動與傳熱各參數的分布，結果與黃驊電廠工程實際符合良好。還研發了 TVC-MED 熱力計算，該程序可用于蒸發器和 MED 系統的結構設計和運行參數優化，具有重要的實用價值和學術價值。為我國自行設計、開發高效水平管降膜蒸發器奠定了理論和實驗基礎。 

鋁鎵合金是一種新型、易儲、即取的固體能量塊。其是以鋁為主體的在線供氫材料，加水實現平穩釋氫。其制備工藝流程簡單、易于實現，且產品易于儲存、運輸和銷售。該項成果處于同類產品世界領先水平，其產業化能夠避免目前氫氣利用過程中儲存、運輸和加注等環節帶來的困擾，從而有效突破阻礙氫能源經濟發展的技術瓶頸。 研究團隊 吉林大學材料科學與工程學院 魏存弟教授研發團隊 成果成熟度 可產業化。

本課題從能源互聯網自下而上構建開放互聯、對等分享的新型能源電力基礎設施的需求出發，提出能源路由器是能源互聯網實現的關鍵裝備。借鑒互聯網的理念、技術、方法和架 構，能源路由器效仿信息網絡路由器，以實現能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲能以及信息通信技術的發展，本課題結合能源互聯網用戶需求側能量交換與互聯的需 求，研制低壓小容量能源路由器。清華大學在國內較早開始開展能源互聯網方面的研究工作，提出了能源互聯網基本架構、 關鍵技術，并開展能源路由器以及相關信息通信技術等方面的研發工作，并于 2014 年獲得 國家自然科學基金委首個能源互聯網方面的立項——“能源互聯網建模、分析與優化理論研 究”，目前參與承擔國家電網公司科技項目“能源互聯網技術架構研究”“能源互聯網信息通 信體系架構研究”和“全球視角下能源互聯網的系統構建理論及情景分析”等直接能源互聯 網相關研究。能源路由器是能源互聯網的核心重大裝備，未來電網發展趨勢會以大量電力電子裝置呈現，電能路由器以電力電子技術為基礎，電能路由器未來能替代電力變壓器、電力電子裝備 等，加上隨著新能源和分布式新能源的發展，新能源的接入成為能源路由器的最大推手，市 場規模達到百億以上。

本課題從能源互聯網自下而上構建開放互聯、對等分享的新型能源電力基礎設施的需求出發，提出能源路由器是能源互聯網實現的關鍵裝備。借鑒互聯網的理念、技術、方法和架 構，能源路由器效仿信息網絡路由器，以實現能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲能以及信息通信技術的發展，本課題結合能源互聯網用戶需求側能量交換與互聯的需求，研制低壓小容量能源路由器。 清華大學在國內較早開始開展能源互聯網方面的研究工作，提出了能源互聯網基本架構、 關鍵技術，并開展能源路由器以及相關信息通信技術等方面的研發工作，并于 2014 年獲得 國家自然科學基金委首個能源互聯網方面的立項——“能源互聯網建模、分析與優化理論研究”，目前參與承擔國家電網公司科技項目“能源互聯網技術架構研究”“能源互聯網信息通 信體系架構研究”和“全球視角下能源互聯網的系統構建理論及情景分析”等直接能源互聯 網相關研究。裝置的主要創新點如下： l 能源路由器實現開放式即插即用的能量交換與路由； l 能源路由器支持多路可擴展的新能源和動態負荷接入； l 能源路由器解決瞬時平衡的能源互聯網能量管理； l 能源路由器實現信息—能量融合的基礎設施一體化； l 能源路由器在海淀北區能源互聯網項目示范應用； 性能參數： l 研制自治微網能源路由器和小批量實現，傳輸電壓等級為低壓 380V，系統容量達 到百 kVA 級，響應時間小于 10ms，接入電源類型不少于 2 種，負荷類型不少于 3 類。 l 能源路由器可實現基本的能量路由功能，還可提供可擴展的工作模式：潮流調節模 式（增加有功、無功統一調節；功率因數達到 95%以上）和電能質量調節模式（增加電能質 量暫態、穩態指標的統一調節；暫態電壓補償能力超過 30%，電流諧波含量小于 5%）。