【項目精選】360期：節(jié)能與新能源技術項目推薦（三）
項目一：鋰離子電池組快速能量均衡技術
項目簡介：
本研究成果研究出一種先進的能量管理和能量動態(tài)平衡新技術、使電池組使用壽命（續(xù)航能力）成倍增長。
由于鋰離子電池具有單節(jié)電壓低的特點，通常將多節(jié)電池串聯(lián)，構成電池組使用。而由于制造工藝的原因，單體電池的特性總存在差異，在充（放）電過程中容易出現(xiàn)部分電池過充或過放的現(xiàn)象，嚴重影響電池的使用壽命，從而導致電池組使用壽命縮短幾倍甚至十幾倍。為了延長電池組的使用壽命，必須使所有的電池均保持在同樣的電池荷電狀態(tài)（SOC，State of Charge）。因此，需要建立鋰離子電池組能量均衡系統(tǒng)，平衡電池組中各個單體電池的SOC，充分發(fā)揮各單體電池性能，提高電池組使用容量，延長其使用壽命。該項技術已有大量研究成果，包括有損均衡（被動均衡）和無損均衡（主動均衡）兩種方式。有損均衡是能量耗散型方式，技術趨成熟，已經(jīng)得到廣泛應用（豐田普銳斯混動汽車）。但其能量全部損耗在電阻上，效率低。無損均衡通過電路對能量進行轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)能量均衡，效率高。但其結構復雜，控制難度大，目前還在研究過程中。主要問題是均衡速度慢、效率低。本研究成果提出了一種先進的電池組能量均衡技術——總線式均衡技術，與其它均衡技術相比，具有電路簡單、易于模塊化、均衡速度快、效率高、電路成本不顯著增加的特點。特別適用于大功率儲能系統(tǒng)。
項目二、非鉑燃料電池催化劑的設計與制備
項目簡介：
汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，能源需求巨大，機動車尾氣的排放造成的環(huán)境污染日趨嚴重。氫-氧質(zhì)子交換膜動力燃料電池（PEMFC）以其高效、潔凈、兼容可再生能源技術等特點，被認為是后石油時代解決移動高性能動力電池的理想方案。然而，當前PEMFC所使用的催化劑為貴金屬Pt基催化劑，其對Pt資源的需求巨大，成本高昂，難以成功商業(yè)化推廣。因此，開發(fā)出符合動力輸出性能的非鉑燃料電池技術，契合我國對高效節(jié)能、環(huán)境友好的高性能動力電池汽車的迫切需求。
以該項目為依托制備的非貴金屬燃料電池催化劑以可以使單電池的最大輸出功率達到0.6 W.cm-2，已經(jīng)完全達到貴金屬Pt基燃料電池的輸出性能，可以滿足動力輸入應用要求。目前，該催化劑形成完全自主知識產(chǎn)權的技術，屬于國際一流國內(nèi)領軍的高科技技術。該催化劑的成功推廣勢必將從根本上解決機動汽車尾氣對我國環(huán)境的污染問題，降低對石化能源的需求。
項目三、氯堿工業(yè)節(jié)能電極的研究與開發(fā)
項目簡介：
目前生產(chǎn)氯堿工業(yè)陰極電極的工藝主要是涂刷熱分解法和電化學沉積法，它們制備的電極容易出現(xiàn)“龜裂”和顆粒堆積現(xiàn)象（圖A），使電極結構不夠穩(wěn)定，在電解條件下造成電極涂層剝落，活性位點不能完全暴露（圖B），電極催化性能衰減，槽電壓升高；此外，電極在制備過程中容易夾帶部分有機溶劑，在后續(xù)煅燒過程中污染/覆蓋電極表面。針對上述問題，本項目采用水熱合成法制備一種新型電極，該電極表面涂層呈現(xiàn)開放式納米棒狀結構（圖C），溶液和氣體在電極表面可以自由進出（圖D），能夠充分暴露活性位點，提高催化活性。并使槽壓降低200 mV，電流密度增加500 A/m ，能耗降低13.3%。目前，該析氫及析氯電極已經(jīng)具有完全自主知識產(chǎn)權，滿足替代傳統(tǒng)氯堿工業(yè)電極材料的要求，屬于國際一流國內(nèi)領軍的高新技術。
項目四、燃料電池催化劑
項目簡介：
質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）具有能量轉(zhuǎn)換效率高和環(huán)境友好等優(yōu)點，是電動汽車的理想動力源。但燃料電池電動汽車（FCV）的商業(yè)化,必須解決基于碳載鉑(Pt/C)催化劑FCV的高成本問題。
自2009年美國科學家在Science雜志報道氮參雜碳納米管(NC)具有潛在的氧還原(ORR) 催化活性以來，化學家與材料科學家一直在探尋如何進一步提高NC材料的ORR催化活性的方法，以代替目前燃料電池發(fā)動機中的Pt/C催化劑。因此，我們的研究團隊基于氮參雜石墨烯(NG)材料，在國際上首次通過“NG分子結構—NG電導率—ORR催化活性”的關聯(lián)，找到了該科學難題的突破點.我們在分子結構模擬的基礎上，認識到三種氮參雜NG材料中，吡啶型和吡咯型具有二維平面結構，使NG保持了石墨烯原有的平面共軛大π鍵結構，具有良好的導電性，因而具有優(yōu)異的ORR催化活性；而丁基型NG為三維空間不平整結構，破壞了石墨烯原有的二維平面共軛大π鍵結構，導電性差，因而ORR催化活性低。因此，有效的氮參雜應以吡啶型和吡咯型為主，盡可能減少甚至杜絕丁基型NG的形成。我們利用層狀材料(LM)的層間限域效應，通過調(diào)制LM層間距，在LM層間插入苯胺單體,層間聚合，然后熱解的方法，獲得平面氮參雜達90%以上的NG材料。其催化ORR的半波電位僅比Pt/C催化劑落后60mV，是傳統(tǒng)方法下獲得的NG材料ORR催化活性的54倍，以該材料為正極催化劑的質(zhì)子交換膜燃料電池的輸出功率達580mW/cm ，與Pt/C催化劑的ORR活性處于同一個數(shù)量級，為世界領先水平。我們開發(fā)的此類新型NG材料已經(jīng)具備了在燃料電池發(fā)動機中完全替代Pt/C催化劑的可能性。LM層間近乎封閉的扁平反應空間不僅克服了傳統(tǒng)開放體系下合成的NG以丁基型為主，導電性差，活性低的弊病，而且也克服了開放體系下因摻N效率低而導致合成NG成本高的問題。該研究成果意味著，長期困擾燃料電池實用化的高成本問題將不再是瓶頸問題。
項目五、燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發(fā)結晶零排放技術
項目簡介：
本技術采用煙道噴霧蒸發(fā)結晶技術實現(xiàn)脫硫廢水零排放。通過水泵將廢水噴入到空預器和除塵器之間的煙道中的霧化噴嘴進行霧化，在高溫煙氣的加熱作用下，水分迅速蒸發(fā)成氣相水蒸氣隨除塵后的煙氣進入脫硫塔，在脫硫塔的噴淋冷卻作用下，水分凝結進入脫硫塔的漿液循環(huán)系統(tǒng)被重復利用。廢水中的污染物轉(zhuǎn)化為結晶物或者鹽類等微小的固體顆粒，隨煙氣中的飛灰一起被靜電除塵器捕捉而從煙氣中分離出來，從而除去污染物，實現(xiàn)廢水的零排放。該技術的使用對電廠后續(xù)設備包括靜電除塵器（ESP）、脫硫塔（FGD）都會帶來有利的影響。
