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绿色氢能技术

简介 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室

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实验室简介

       本团队的主要研究方向为可再生能源制氢、氢储能、氢安全,及液氢冷能利用技术,涵盖氢能的制储运加用全产业链。重点研究工作有:高动态碱性电解液制氢关键技术、高压质子交换膜纯水电解制氢关键技术、氢储能系统、氢安全主动防护技术等。研究团队由近20位博士后和博士硕士研究生组成,在杨福源教授领导下开展工作。

1电解水制氢技术

水电解是利用电流将水分子分解为氢气和氧气的过程,当与可再生能源结合时,可以实现零排放制氢。

目前有两种主要的电解制氢工艺:传统的碱电解和 PEM 电解(聚合物电解质膜电解)。

传统的碱性电解技术使用KOH 电解质溶液,通过多孔膜输送OH- 负离子(阴离子)来分离两个半电池。

PEM 系统使用固体聚合物电解质,这种电介质可以选择性地传导正离子(质子)参与水的分解反应。右边的图表概述了这两种技术的电极反应。

在 PEM 系统中,导电固体聚合物电解质可实现高电流密度和高效率,能够减小所需的电池尺寸。固态设计允许间歇式操作,方便与可再生技术结合。然而,PEM 会产生高酸性环境,需要使用大量昂贵的催化剂,例如铂、铱以及钛组分。

碱电解具有不同的电化学环境,可以使用镍和铁等非贵金属催化剂。得益于低腐蚀性,不锈钢或其他非钛结构亦可应用于碱性系统中,此举相比 PEM 电解大幅降低了资本成本。然而采用液体电解质将难以使用可再生能源进行间歇和可变式操作,而且隔膜的渗透性会导致氢气纯度较低。

4柴油机燃烧闭环控制及混合发动机技术

       将电机的高动态响应特性与内燃机的高能量密度特性相结合,使内燃机尽可能在稳态高效工况下工作,是内燃机在电动化背景下的发展方向。混合发动机就是集成了新概念燃烧与传统燃烧、内燃动力与电驱动、常规燃料与非常规燃料三个典型“混合”特征的“发动机”。本研究主要集中于内燃机的新概念燃烧及电机辅助模式切换、内燃机-电机转矩协调控制算法、轴系主动减振控制、发动机能量管理等,完成了基于柴油机的混合发动机控制系统开发和样机研制。成果已用于多款新型产品发动机的预研。

燃烧边界参数调控与燃烧模式切换过程的基础研究(973计划:2007CB210003)

混合动力专用柴油机研发(863计划:2008AA11A111)

1、混合燃烧

       小负荷工况为低温预混合燃烧(PCCI),大负荷为常规压燃(CI),无需人工干预,自动出现练功或者能够燃烧方式的过渡;

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2、混合动力

       借助ISG优化混合燃料的工作区域和瞬态过程烟度排放,同时回收制动能量以改善发动机的经济性;

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3、混合燃料

       通过燃烧状态检测反馈控制燃油喷射,可自动调节适用如GTL等新型合成燃料时的喷射参数,实现对未来混合燃料的自适应;

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氢储能技术

       巨大资源量和开采技术的突破使天然气具有成为内燃机主要燃料的可能,特别是城际交通运输方面,是柴油机的最大竞争对手。本研究从天然气的最优引燃方式入手,研究柴油引燃式天然气发动机的最优控制问题,包括系统构型、引燃油量、着火定时、多次喷射、空燃比控制、系统标定,特别是热负荷问题和燃料组分自适应问题,已完成10 多个机型发动机的开发。

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