2021-04-14
來源：科學(xué)網(wǎng)
上海交通大學(xué)馬紫峰教授：為動力電池“充電續(xù)航”
4月9日，記者從上海交通大學(xué)獲悉，該校近年來積極對接國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，在新能源創(chuàng)新領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多項新能源領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的突破與應(yīng)用，基礎(chǔ)原創(chuàng)成果不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)學(xué)研一體化深度融合，新能源人才不斷涌現(xiàn)，為建設(shè)新能源強國做出了重要貢獻。
2005年上海交通大學(xué)能源研究院成立，是國內(nèi)高校中首個新能源研究的跨學(xué)科交叉平臺。2020年上海交通大學(xué)和國家電力投資集團有限公司強強聯(lián)合，攜手成立上海交通大學(xué)國家電投智慧能源創(chuàng)新學(xué)院。近5年來，學(xué)校承擔(dān)了能源領(lǐng)域國家與省部級項目近百項，累計科研經(jīng)費2億多元，聚焦新型節(jié)能電池、新能源汽車等多個國家重點研發(fā)項目，創(chuàng)新成績顯著。
電池黑科技：鈣鈦礦太陽能電池
自2012年以來，上海交通大學(xué)趙一新團隊圍繞鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的新能源技術(shù)，持續(xù)對鈣鈦礦太陽能電池的大面積、高效率、穩(wěn)定性和環(huán)境友好性等關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題開展了一系列原創(chuàng)性和引領(lǐng)性研究工作。
趙一新團隊率先提出逆溫法制備鈣鈦礦單晶，獲得美國發(fā)明專利，掌握了鈣鈦礦高純原料制備的關(guān)鍵技術(shù)，大幅提升了鈣鈦礦器件性能。在鈣鈦礦薄膜沉積技術(shù)開發(fā)方面，率先提出和開發(fā)了Cl添加劑方法和氣液固三相沉積法。這些方法對鈣鈦礦領(lǐng)域研究起到了引領(lǐng)性作用，并且獲得了自主知識產(chǎn)權(quán)，部分專利被美國Energy Everywhere Inc公司采用。
此外，鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性差是阻礙其實現(xiàn)規(guī)?；蜕虡I(yè)化的另一關(guān)鍵性要素。趙一新團隊聚焦這一瓶頸問題，圍繞有機無機雜化鈣鈦礦和全無機鈣鈦礦兩個體系開展了一系列原創(chuàng)性研究。經(jīng)過兩年攻關(guān)，趙一新團隊率先發(fā)展了維度調(diào)控、表面端基化及晶相控制等策略，顯著提高了無機鈣鈦礦的相穩(wěn)定性和效率，該策略已經(jīng)被無機鈣鈦礦領(lǐng)域同行廣泛采用，引發(fā)了學(xué)術(shù)界對高效穩(wěn)定無機鈣鈦礦的研究熱潮。
為動力電池“充電續(xù)航”
上海交通大學(xué)馬紫峰團隊在燃料電池、動力電池等新能源技術(shù)方面，從未止步科研創(chuàng)新，科研成績碩果累累，在新能源電池領(lǐng)域多次斬獲國家級大獎。
馬紫峰主持國家“863”計劃“質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極材料及其制備技術(shù)”重點項目研究，發(fā)明過渡金屬螯合物非貴金屬催化劑、磺化聚苯并咪唑類粘接劑及高溫質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極制造技術(shù)，為降低燃料電池系統(tǒng)成本，提高其系統(tǒng)能效與安全性提供新的解決途徑。“甲醇重整制氫及其燃料電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”榮獲2020年中國石化聯(lián)合會技術(shù)發(fā)明獎一等獎。
在動力鋰電池領(lǐng)域，馬紫峰發(fā)明了磷酸鐵鋰合成新反應(yīng)和新工藝。在鋰電池制造及應(yīng)用方面，創(chuàng)新鋰電池復(fù)合電極活性物、電池材料化學(xué)體系和電池結(jié)構(gòu)，并率先引入四元混合溶劑體系，使磷酸鐵鋰電池低溫特性和能量密度顯著提升?！傲姿徼F鋰動力電池制造及其應(yīng)用過程關(guān)鍵技術(shù)”獲2018年國家科技進步獎二等獎。
同時，為提高鋰電池系統(tǒng)效率和安全性，實現(xiàn)動力電池智能控制和安全運行。馬紫峰團隊建立了具備參數(shù)在線更新功能的多尺度高斯回歸耦合模型，該模型預(yù)測精度達到97%，比國際先進指標(biāo)提高約5%；發(fā)明了基于滾動時域優(yōu)化的鋰電池模型參數(shù)和荷電狀態(tài)自適應(yīng)聯(lián)合估計技術(shù)，其精度可達99%。“安全型長壽命動力鋰電池制造及其應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”獲2017年教育部科技進步獎一等獎。
馬紫峰一直推動產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，使實驗室里的成果盡快轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力。其成果廣泛應(yīng)用于中國移動、國家電網(wǎng)、東風(fēng)汽車、比亞迪、中興派能等企業(yè)。
新能源汽車的未來——氫燃料電池汽車
“零排放、長航程”的氫燃料電池汽車是國際公認(rèn)的新能源汽車發(fā)展方向，而燃料電池電堆則是燃料電池汽車的“發(fā)動機”。在此領(lǐng)域，上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院項目組來新民團隊歷經(jīng)15年研究，在超薄金屬雙極板和高性能燃料電池電堆方面取得多項原始創(chuàng)新與技術(shù)突破。
在金屬雙極板方面，來新民團隊建立了我國首條金屬雙極板批量化生產(chǎn)線；開發(fā)的金屬極板在國內(nèi)率先通過10000小時車載工況壽命考核，在國內(nèi)金屬極板市場上占主導(dǎo)地位；成果應(yīng)用于我國首輛金屬極板燃料電池轎車與客車、首個上汽P390型115kW車用全功率電堆開發(fā)，為上汽、東風(fēng)、長城等國內(nèi)金屬極板燃料電池汽車開發(fā)提供了自主可控的核心技術(shù)。
在大功率電堆方面，來新民團隊建立接觸界面“電—力”耦合模型、燃料電池電堆密封接觸模型、電堆層疊式裝配模型等多個模型。研究成果應(yīng)用于上汽、東風(fēng)、廣汽、長城等燃料電池汽車開發(fā)。
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