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【科学网】攻坚克难 成果斐然 上海交通大学新能源领域科技创新成效显著
发布时间:2021-04-10

4月9日,记者从上海交通大学获悉,该校近年来积极对接国家创新驱动发展战略,在新能源创新领域实现多项新能源领域关键技术的突破与应用,基础原创成果不断涌现,产学研一体化深度融合,新能源人才不断涌现,为建设新能源强国做出了重要贡献。

 

2005年上海交通大学能源研究院成立,是国内高校中首个新能源研究的跨学科交叉平台。2020年上海交通大学和国家电力投资集团有限公司强强联合,携手成立上海交通大学国家电投智慧能源创新学院。近5年来,学校承担了能源领域国家与省部级项目近百项,累计科研经费2亿多元,聚焦新型节能电池、新能源汽车等多个国家重点研发项目,创新成绩显著。

 

电池黑科技:钙钛矿太阳能电池

 

自2012年以来,上海交通大学赵一新团队围绕钙钛矿太阳能电池领域的新能源技术,持续对钙钛矿太阳能电池的大面积、高效率、稳定性和环境友好性等关键科学技术问题开展了一系列原创性和引领性研究工作。

 

赵一新团队率先提出逆温法制备钙钛矿单晶,获得美国发明专利,掌握了钙钛矿高纯原料制备的关键技术,大幅提升了钙钛矿器件性能。在钙钛矿薄膜沉积技术开发方面,率先提出和开发了Cl添加剂方法和气液固三相沉积法。这些方法对钙钛矿领域研究起到了引领性作用,并且获得了自主知识产权,部分专利被美国Energy Everywhere Inc公司采用。

 

此外,钙钛矿太阳能电池的稳定性差是阻碍其实现规模化和商业化的另一关键性要素。赵一新团队聚焦这一瓶颈问题,围绕有机无机杂化钙钛矿和全无机钙钛矿两个体系开展了一系列原创性研究。经过两年攻关,赵一新团队率先发展了维度调控、表面端基化及晶相控制等策略,显著提高了无机钙钛矿的相稳定性和效率,该策略已经被无机钙钛矿领域同行广泛采用,引发了学术界对高效稳定无机钙钛矿的研究热潮。

 

为动力电池“充电续航”

 

上海交通大学马紫峰团队在燃料电池、动力电池等新能源技术方面,从未止步科研创新,科研成绩硕果累累,在新能源电池领域多次斩获国家级大奖。

 

马紫峰主持国家“863”计划“质子交换膜燃料电池膜电极材料及其制备技术”重点项目研究,发明过渡金属螯合物非贵金属催化剂、磺化聚苯并咪唑类粘接剂及高温质子交换膜燃料电池膜电极制造技术,为降低燃料电池系统成本,提高其系统能效与安全性提供新的解决途径。“甲醇重整制氢及其燃料电池系统关键技术”荣获2020年中国石化联合会技术发明奖一等奖。

 

在动力锂电池领域,马紫峰发明了磷酸铁锂合成新反应和新工艺。在锂电池制造及应用方面,创新锂电池复合电极活性物、电池材料化学体系和电池结构,并率先引入四元混合溶剂体系,使磷酸铁锂电池低温特性和能量密度显著提升。“磷酸铁锂动力电池制造及其应用过程关键技术”获2018年国家科技进步奖二等奖。

 

同时,为提高锂电池系统效率和安全性,实现动力电池智能控制和安全运行。马紫峰团队建立了具备参数在线更新功能的多尺度高斯回归耦合模型,该模型预测精度达到97%,比国际先进指标提高约5%;发明了基于滚动时域优化的锂电池模型参数和荷电状态自适应联合估计技术,其精度可达99%。“安全型长寿命动力锂电池制造及其应用关键技术”获2017年教育部科技进步奖一等奖。

 

马紫峰一直推动产学研协同创新,使实验室里的成果尽快转化为现实生产力。其成果广泛应用于中国移动、国家电网、东风汽车、比亚迪、中兴派能等企业。

 

新能源汽车的未来——氢燃料电池汽车

 

“零排放、长航程”的氢燃料电池汽车是国际公认的新能源汽车发展方向,而燃料电池电堆则是燃料电池汽车的“发动机”。在此领域,上海交通大学机械与动力工程学院项目组来新民团队历经15年研究,在超薄金属双极板和高性能燃料电池电堆方面取得多项原始创新与技术突破。

 

在金属双极板方面,来新民团队建立了我国首条金属双极板批量化生产线;开发的金属极板在国内率先通过10000小时车载工况寿命考核,在国内金属极板市场上占主导地位;成果应用于我国首辆金属极板燃料电池轿车与客车、首个上汽P390型115kW车用全功率电堆开发,为上汽、东风、长城等国内金属极板燃料电池汽车开发提供了自主可控的核心技术。

 

在大功率电堆方面,来新民团队建立接触界面“电—力”耦合模型、燃料电池电堆密封接触模型、电堆层叠式装配模型等多个模型。研究成果应用于上汽、东风、广汽、长城等燃料电池汽车开发。

 

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