北京工业大学成果推介(第四十八期)

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基于射流点火的液氢转子机研发

成果单位：北京工业大学

项目简介：

氢内燃机相比于氢燃料电池、动力锂电池等技术具有更好的环境适应能力、可靠性及更为成熟的产业链，发展氢内燃机对于推动绿色动力系统的普及具有重要意义。转子机具有体积小、质量轻以及功率密度高等优点，且转子机高速性能稳定与氯气的高扩散速度和高火焰速度有着良好的适配性，将氢气应用于转子机上更能发挥氢和转子机自身的优势。

采用液氢与预燃室射流点火是解决氢转子机爆震、漏气及功率衰减等问题的有效方法。常压下液氢存储温度为-253°C具有极高的冷能，作为内燃机燃料时可以提供低温氢气。低温氢气可以有效提高进缸混合气的密度，提高内燃机充气效率与进缸混合气能量，有助于做功能力的增强;低温氢空混合气反应活性低，还能够有效抑制氢内燃机的爆震，进而实现在化学计量比下的高功率稳定燃烧。但氢空混合气的反应活性低也导致湍流燃烧速度降低，进而影响氢内燃机的热效率。预燃室射流点火是提高混合气着火稳定性、加快湍流燃烧过程的有效方法。与此同时，利用火焰经障碍物加速理论，射流火焰可以有效提高缸内混合气的湍流燃烧速度，有助于热效率的提高。

市场分析

基于射流点火的液氢转子机应用场景有以下几种:1)面向航空应用:火箭等航天器需要携带大量液氢液氧，受储罐气密性影响存在一定泄露，可用液氢转子机对这部分能量予以回收并转化为电能或热能;2)面向航空应用:超高空条件下氧含量极低且液氢的能量密度最高，携带相同质量的液氢飞行器续航里程远高于燃油，可采用液氢液氧转子机作为超高空飞行器的动力装置;3)面向民用领域:待氢能产业与液氢技术成熟后，射流点火液氢转子机可作为道路与非道路交通运输领域的新型动力装置。产业化生产后，转子机的制造成本可控制在1万元以内。

应用方向

在增程式电动汽车、无人侦察机、移动式发电

装置等领域有良好的应用前景。

知识产权和产业化分析

至今先后设计开发了GD51OF风冷型和GD510Y液冷型氢转子机，目前，风冷氢转子机已

完成台架试验测试，样机性能达到预期目标，还有进一步优化空间;液冷转子机已完成装配、冷磨合及实验测试系统搭建，还在性能测试中，目前已有企业合作。拥有自主知识产权，已授权发明专利30余项。

成果相关图片

图例说明:

1、GD510F风冷氢转子机

2、GD510Y液冷转子机

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宽液态温域混合三元熔盐(LMTS 160L-620H)

成果单位：北京工业大学

项目简介：

发展可再生能源是我国未来很长一段时间的能源战略。低成本大规模储能技术对于可再生能源高效利用至关重要。熔盐储热是一种高效的规模化储能技术。商用的太阳盐(40%KNO3+60%NaNO3)熔点高(223°C)，熔盐冻堵管道风险高;液态使用温区窄(290-565°C)，熔盐液态储热密度低。开发的宽液态温域三元混合熔盐(LMTS160L-620H)熔点为139.8°C，分解温度为668°C，熔盐液态使用温区为160-635°C，储热密度为736kJKg，熔盐冻堵管道风险大大降低，储热密度提高，储热成本大大降低，相对于商用太阳盐，储热优势明显。

市场分析

做槽式聚光集热发电的企业有中船重工、中广核等国企，目前槽式太阳能聚光集热发电技术采用导热油作为传热介质，最高使用温度400摄氏度，采用太阳盐为储热介质，储热温区为290-390°C，温差100°C，使用太阳盐7万吨。如果使用我们优选的此款混合熔盐，可以将熔盐使用温度拓宽到400°C，使用的储热介质可以减少为原来的1/4，大大降低储热介质的使用量和储热装备的体积，减少投资成本。

应用方向

储能方向

知识产权和产业化分析

此项成果在集热管线较长、冻堵风险较高的槽式和线性菲涅尔聚光集热太阳能热发电具有广阔的一个用前景;更低的使用下限温度，更高的使用上限温度，可以实现火电厂灵活性调节抽汽全热回收，在太阳能聚光集热与火电厂灵活性调节耦合发电方面表现出出独有的技术优势。

成果相关照片

图例说明:

160度的熔盐照相

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宽液态温域混合五元熔盐(LMTS 150L-620H)

成果单位：北京工业大学

项目简介：

发展可再生能源是我国未来很长一段时间的能源战略。低成本大规模储能技术对于可再生能源高效利用至关重要。熔盐储热是一种高效的规模化储能技术。商用的太阳盐(40%KNOa+60%NaNO3)熔点高(223°C)，熔盐冻堵管道风险高;液态使用温区窄(290-565°C)，熔盐液态储热密度低。开发的宽液态温域五元混合熔盐(LMTS150L-620H)熔点为102.3°C，分解温度为651.2°C，熔盐液态使用温区为150-620°C，储热密度为705kJKg，熔盐冻堵管道风险大大降低，储热密度提高，储热成本大大降低，相对于商用太阳盐，储热优势明显。

市场分析

做槽式聚光集热发电的企业有中船重工、中广核等国企，目前槽式太阳能聚光集热发电技术采用导热油作为传热介质，最高使用温度400摄氏度，采用太阳盐为储热介质，储热温区为290-390°C，温差100°C，使用太阳盐7万吨。如果使用我们优选的此款混合熔盐，可以将熔盐使用温度拓宽到400°C，使用的储热介质可以减少为原来的1/4，大大降低储热介质的使用量和储热装备的体积，减少投资成本。

应用方向

储能方向

知识产权和产业化分析

此项成果在集热管线较长、冻堵风险较高的槽式和线性菲涅尔聚光集热太阳能热发电具有广阔的一个用前景;更低的使用下限温度，更高的使用上限温度，可以实现火电厂灵:活性调节抽汽全热回收，在太阳能聚光集热与火电厂灵活性调节耦合发电方面表现出出独有的技术优势。

成果相关图片

图例说明:

150度的熔盐照相

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离子膜材料与技术

成果单位：北京工业大学

项目简介

团队基于高性能离子膜材料与技术，在国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持下，发展了“双重限域分离”新技术，研制了系列兼具高离子选择性和高离子渗透性的低成本离子膜，突破了选择性/渗透性权衡(trade-off)效应关键瓶颈，形成已授权核心发明专利4项。

市场分析

全球膜分离技术应用产业拥有万亿级市场规模，当下中国高精度分离膜市场规模超1200亿，每年在以15-20%的增速扩大，预计2026年超2000亿。在分离膜应用产业链中，以上游膜材料制备和膜组件搭建所占价值比最高，约为53%。中游工程设计、制造环节的价值贡献占比约37%;下游运营维护的价值贡献占比最小，约10%。因此，以膜材料、没备及组件为主的上游分离膜市场，具有极大的发展前景。然而，我国分离膜产业起步较国外晚，研发经验不足，在中低端市场占据份额，但是对于高端分离膜市场的占有率不足10%，85%以上的份额被美国日本等龙头企业所占据，如美国陶氏、海德能，日本东丽等知名龙头企业，成本高、产品依赖进口等痛点制约着我国高端分离膜市场的发展。以张家港第四水厂纳滤膜处理工艺来看，四期工程所用纳滤膜为美国杜邦NF270型号组件，近膜组件成本约5000万，价格非常高。本项目的最大优势在于独特选材，选自天然黏土矿物原料，制备分离膜材料，原料易获取，成本低，解决了分离膜关键原材料依赖进口问题，相比于市面传统的聚合物膜产品成本可降低45%左右，具有较大的市场竞争力。通过自组装成膜和双重限域分离，制备出的分离膜对1nm以上分子的筛分效果可达到99%，处于国际领先水平。

应用方向

该技术适用于新能源电池等离子型器件功能隔膜，污水处理膜和海水淡化膜等领域。

知识产权和产业化分析

目前分离膜产业化成本约在105元/m2，相比进口膜组件160-220元/m2价格降低约45%。目前已与北京中研环科科技有限公司合作签订膜组件委托加工订单，与北京致邦科技有限公司签订离子选择膜定制化技术服务订单。目前已掌握分离膜低成本，大面积生产的核心技术，形成已授权核心发明专利4项。计划通过专利或技术许可、与企业共同开发等方式推进研究成果转化，期望得到相关企业的投资或开展合作技术研发。

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图例说明:

低成本离子膜实物图

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氢燃料电池热与流体管理

成果单位：北京工业大学

项目简介:

团队基于清洁能源利用背景，二十余年来先后承担国家自然科学基金重点项目、中美及中德联合研究项目等，开展了氢质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、质子交换膜电解池的热管理与流体管理，以及燃料电池车辆能流调控、氢安全相关的研究工作。

团队的系列研究成果使北京工业大学在微重力燃料电池及一体式再生燃料电池这两个领域的SCI发表物数量均位于全球机构第一名(分别以 Microgravity Fuel Cell和 Unitized Regenerative Fuel Cell 为检索词在SCIE主题中搜索所得结果)。团队在多场耦合能质传递及调控方面取得的成果荣获2019年教育部高等学校科学研究优秀成果自然科学奖一等奖。

市场分析

团队的研究经验和成果在航天用燃料电池/电解池研发方面具有优势，愿与更多氢能与燃料电池企业开展新产品研发与装置升级等领域合作，与企业共同成长。

应用方向

团队研究成果可应用于燃料电池在线测试，燃料电池产品开发及优化，燃料电池性能预测、氢安全、航天电源、燃料电池车辆等方向。

知识产权和产业化分析

团队的燃料电池热一流一电瞬态测量技术已获得系列国家发明专利，热流体数值模拟及流场优化技术已服务于航天及民用领域。期待与更多企业开展合作。

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图例说明:

团队研制的氢燃料电池微重力实验装置

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