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新型漿基燃料是將具有一定粒徑分布的固體燃料以特殊工藝分散在液體中制成的一種經(jīng)濟(jì)的、潔凈的、具有良好流動性和穩(wěn)定性的可代替石油和天然氣的液體燃料。南京大學(xué)應(yīng)用在固/液、液/液等多相體系研究方面上的最新研究成果，開發(fā)成功了以固體燃料（如煤、石油焦、瀝青等）為分散相、以水、油類（如煤焦油、重油、煤焦油等）或醇類（如甲醇等）液體為連續(xù)相的漿基燃料以滿足不同用戶的需求，解決了實現(xiàn)該類燃料穩(wěn)定分散的助劑開發(fā)和制備工程化難題，現(xiàn)已研制成功了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的高效漿基燃料專用助劑等系列產(chǎn)品和節(jié)能高

本成果針對燃料電池催化劑長時間運行過程中因碳載體腐蝕、Pt 溶解、遷移團(tuán)聚長大及Pt中毒等原因而逐漸退化的技術(shù)難題，發(fā)展了多種提高 燃料電池催化劑穩(wěn)定性和活性的新方法、新技術(shù)，研制出了一系列低成本、高性 能、長壽命燃料電池催化劑。目前，該項目已經(jīng)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，所開發(fā)的燃料電池催化劑已經(jīng)完全能夠滿足動力電池的性能要求，屬于國際一流國內(nèi)領(lǐng) 軍的高科技技術(shù)。

現(xiàn)有化石能源的高效綠色利用和開發(fā)新的能源技術(shù)是社會可持續(xù)發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問題。固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）可以以天然氣、煤氣化氣和生物質(zhì)氣等為燃料，與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)后的總發(fā)電效率可超過70%，被認(rèn)為是化石能源最高效清潔的利用方式之一。目前全球的研究熱點是研制在中低溫條件下工作的SOFC，將SOFC的操作溫度從傳統(tǒng)的850～1000℃，降低到850℃以下的中低溫。其目的是降低電池的啟動溫度和時間，有效地降低各個部件的老化速率，提高SOFC的穩(wěn)定性和延長壽命，還可以使用廉價的不銹鋼等作為連接材料，大大降低制造成本，為SOFC的商業(yè)化提供有利條件。近幾年，我國正大力發(fā)展新能源領(lǐng)域，而在SOFC燃料電池方面，我國具有特有條件和優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在SOFC核心材料上具有稀土氧化物資源優(yōu)勢，而在能源結(jié)構(gòu)上，煤、天然氣等化石能源占相當(dāng)大的比重，政府和整個社會的環(huán)保意識也與日俱增，所以SOFC的研究開發(fā)具有相當(dāng)可觀的前景。

本成果屬于能源與動力工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及節(jié)能、燃燒、傳熱學(xué)、熱力 學(xué)、環(huán)境保護(hù)等等多個相關(guān)學(xué)科。 成果針對醇基燃料工業(yè)燃燒過程中存在積碳堵塞氣化管道、燃燒效率 低、燃燒穩(wěn)定性差、醇基燃料工業(yè)燃燒技術(shù)及裝置不成熟等問題，創(chuàng)新研發(fā)了 60-350kW額定功率下負(fù)荷大范圍變動（25%-120%）醇基燃料引射式自適應(yīng)配風(fēng) 燃燒技術(shù)： ①  首次開發(fā)了醇基燃料引射式自適應(yīng)配風(fēng)技術(shù)，獲得了負(fù)荷大范圍變動下引 射式自適應(yīng)配風(fēng)技術(shù)、關(guān)鍵工藝參數(shù)，燃燒中能根據(jù)熱負(fù)荷大小自動調(diào)節(jié)燃燒所 需的配風(fēng)量，實現(xiàn)燃料完全燃燒； ②  成功首創(chuàng)了低于醇基燃料析碳溫度條件下促使其氣化的恒溫實時預(yù)氣化 技術(shù)，能夠在燃燒器的功率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，實現(xiàn)醇基燃料完全氣化，且未見過熱積 '③基于自主研發(fā)的醇基燃料引射式自適應(yīng)配風(fēng)技術(shù)、液體燃料無析碳恒溫氣 化技術(shù)，首創(chuàng)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的醇基燃料高性能引射式自適應(yīng)配風(fēng)燃燒技術(shù), 解決了負(fù)荷大范圍變化（25%-120%）時的自適應(yīng)配風(fēng)、無析碳實時氣化、氣化管 道堵塞、燃燒效率低、燃燒穩(wěn)定性差、污染物排放較高等難題，燃燒效率達(dá)99. 9% 以上，且完全燃燒后，無粉塵排放，主要污染物排放（CxHy<lppm, C0<lppm, N0x<10ppm）遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)； ④應(yīng)用本研究成果提出了適合于中小型燃煤、燃油工業(yè)爐的燃燒系統(tǒng)與裝置, 并進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，可將現(xiàn)有燃煤熔煉爐等中小型工業(yè)爐的熱效率由25%-30%提 高至80%以上。

衛(wèi)星在軌運行和返回過程中需經(jīng)歷極端高低溫環(huán)境，構(gòu)件尺寸的穩(wěn)定是保證衛(wèi)星在軌高精度、返回高安全、任務(wù)高可靠的關(guān)鍵。針對衛(wèi)星搭載的某寬帶微波載荷與衛(wèi)星本體材料之間熱膨脹系數(shù)不匹配極易導(dǎo)致的載荷在軌及返回過程中載荷接收精度不穩(wěn)定、信息傳輸不連續(xù)等問題。我校陳駿教授團(tuán)隊以原創(chuàng)的負(fù)熱膨脹技術(shù)研發(fā)了具有輕質(zhì)、熱膨脹系數(shù)低、力學(xué)性能優(yōu)異、尺寸穩(wěn)定性好的高性能低膨脹鋁基復(fù)合材料，并研制了系列關(guān)鍵連接內(nèi)置件、環(huán)件等高性能低膨脹構(gòu)件，首次將負(fù)熱膨脹技術(shù)應(yīng)用到我國的衛(wèi)星上，填補(bǔ)了高性能低膨脹金屬構(gòu)件在工程應(yīng)用領(lǐng)域的空白。該技術(shù)使得某寬帶微波載荷與衛(wèi)星本體之間熱膨脹匹配性增強(qiáng)、界面應(yīng)力大幅度減小，保證了衛(wèi)星在軌與返回過程中信號高精度傳輸與接收，助力衛(wèi)星成功返回。 圖1 實踐十九號衛(wèi)星成功返回（圖片來源國家航天局） 圖2 高性能低膨脹鋁基復(fù)合材料及構(gòu)件應(yīng)用于全球首顆可重復(fù)使用返回式技術(shù)試驗衛(wèi)星（圖片來源央視新聞頻道）

本團(tuán)隊采用獨特的從“0 到 1”的原創(chuàng)水相體系制備技術(shù)路線，實現(xiàn)鉑載量從 30-60%不同系列鉑碳催化劑的小規(guī)模批量制備。以典型的50%鉑碳催化劑為例，催化劑粒徑 2.5nm，均勻分布，BET 面 積 260m2/g，電化學(xué)活性面積 80 m2/g，初始質(zhì)量活性 0.25 A/[email protected]；按照 DOE 測試標(biāo)準(zhǔn)，3 萬圈循環(huán)，電化學(xué)活性面積衰減30%，質(zhì)量活性衰減 35%。小規(guī)模量產(chǎn)的鉑碳催化劑一致性偏差小于5%，且制備過程環(huán)保、成本低、性價比優(yōu)良。以此鉑碳催化劑制備的膜電極功率密度大于 1.1W/[email protected]。 鉑基合金催化劑包括鉑鎳碳和鉑鈷碳，催化劑中活性組分含量大于45%，平均粒徑 3.6nm，BET面積305 m2/g，電化學(xué)活性面積 65 m2/g，初始質(zhì)量活性 0.55 A/[email protected]；按照DOE測試標(biāo)準(zhǔn)，3萬圈循環(huán)，電化學(xué)活性面積衰減30%，質(zhì)量活性衰減30%。    

2020 年 7 月 10 日，國際著名期刊《Science》刊發(fā)論文《電場誘導(dǎo)異質(zhì)界面金屬態(tài)構(gòu)建超質(zhì)子傳輸》（Proton transport enabled by a field-induced metallic state in a semiconductor heterostructure）。東南大學(xué)太陽能技術(shù)研究中心/儲能聯(lián)合研究中心首席科學(xué)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(biāo)志著東南大學(xué)在燃料電池領(lǐng)域相關(guān)研究取得了重大進(jìn)展。  朱斌教授等人采用完全不同于傳統(tǒng)離子導(dǎo)體結(jié)構(gòu)摻雜的方法，構(gòu)建半導(dǎo)體材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過利用半導(dǎo)體異質(zhì)界面電子態(tài)/金屬態(tài)特性把質(zhì)子局域于異質(zhì)界面，設(shè)計和構(gòu)造具有最低遷移勢壘的超質(zhì)子高速通道；在燃料電池中，質(zhì)子經(jīng)電化學(xué)嵌入到異質(zhì)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(jìn)入鈷酸鈉內(nèi)部，因而局域于兩者材料的界面空間，從而實現(xiàn)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(jié)果，獲得了極其優(yōu)異的質(zhì)子電導(dǎo)率（較傳統(tǒng)釔穩(wěn)定二氧化鋯電解質(zhì)材料的電導(dǎo)率提升了幾個數(shù)量級），實現(xiàn)了先進(jìn)質(zhì)子陶瓷燃料電池示范。

本項目所涉及的微型燃料電池是燃料電池應(yīng)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(shè)備、音像設(shè)備和計算機(jī)等信息產(chǎn)品。本項目以迅速地實現(xiàn)樣機(jī)的制備、商品化以及大批量生產(chǎn)和高盈利為基本目標(biāo)。項目進(jìn)行過程中，將以現(xiàn)有的膜電極制備技術(shù)為基礎(chǔ)，系列化開發(fā)、生產(chǎn)便攜式電器使用的燃料電池。中期目標(biāo)確定在不同類型的小型燃料電池，逐步以產(chǎn)品細(xì)分和增加產(chǎn)量提高市場份額。投資視市場實現(xiàn)情況，分期投入。本項目研究的目標(biāo)集中在直接甲醇燃料電池的小型化、產(chǎn)業(yè)化與實用化上。在研究過程中，通過對電極結(jié)構(gòu)、流場形狀與內(nèi)填充方案、整機(jī)設(shè)計、新型催化劑合成方案和電池性能衰減的研究，達(dá)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(xiàn)初步產(chǎn)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(tuán)隊較為成熟的質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)為主，堿性燃料電池為后備方案進(jìn)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(tǒng)的整合上，以達(dá)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(xiàn)初步產(chǎn)業(yè)化的目的。

工藝描述 廢舊輪胎經(jīng)過初破碎、進(jìn)入熱解反應(yīng)爐，形成的熱解氣體經(jīng)過冷凝，形成燃料油。經(jīng)過冷凝器后的不可冷凝氣體是高熱值氣體，可以形成燃料氣體。熱解爐形成的固體殘渣經(jīng)過螺旋出料器出渣，再經(jīng)過磁選、分選，形成炭黑。產(chǎn)品情況 按質(zhì)量計算：估計鋼鐵得率15%；液體油得率在42%；固體焦得率在30%；氣體得率在13%。經(jīng)濟(jì)分析年處理1000噸

本項目不僅具有燃料電池系統(tǒng)集成技術(shù)，還具備包括催化劑、膜電極等的核心材料技術(shù)。產(chǎn)品可以應(yīng)用于燃料電池汽車、固定式與便攜式電源等。 燃料電池汽車因其具有零排放、效率高、燃料來源多元化、能源可再生等優(yōu)勢被認(rèn)為是未來汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展重要方向，是解決全球能源問題、環(huán)境污染問題、氣候變化理想方案。