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[20210911100] 氢离子浓差热电池

面议
新能源与节能技术
未知
西安交通大学
20210911100
成果
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联系人

联系人:王永婷

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交易流程
一、项目简介 
我国工业领域余热利用空间很大,工业废水、废气蕴含着大量余热,如何利用这些浪费的热能,近年来受到广泛关注。目前的余热回收主要为高温余热,中 
低温余热难以提取或利用效率低。 
目前在中低温余热应用方面,主要采用换热技术来生产热水和蒸汽,用作其他生产工艺应用或生活用热使用,缺点是只能作为热能使用,无法灵活配置。此外,也有使用余热回收发电,包括有机朗肯循环(ORC)和热电材料转换。 有机朗肯循环在 50-200℃的热效率为 5-10%,基础设施的价格比较昂贵。热电材料的转化效率较低(<8%),使用温度高,通常高于 300℃,且需要用昂贵的半导体材料;而在 200℃以下,其热电转化效率较低(0.1-1%),在此温度下基本没有应用价值。 
本项目提供一种利用余热发电的氢离子热电池及其电极制备技术,可以将中低温废弃余热(50 到 200℃)直接转化为电能。主要的技术原理是:氢离子热电池在热的驱动下产生电流,氢气经阳极流场板进入阳极催化层被氧化为氢离子, 释放出的电子通过外电路到达复合有阴极催化剂的阴极电极;氢离子通过质子交 
换膜迁移到阴极催化层并与外电路流入的电子结合,又被还原为氢气,电子在外电路移动的过程中收获了电流。这一过程中不需要外部供电,不需要高温或高压, 
通过废气的中低温余热产生电流;氢气不产生化学反应,可以持续再利用。 
二、产品性能优势 
在我国碳达峰和碳中和时间轴制定背景下,如何提高低品质热的利用率对节 
能减排意义重大。在此背景下,本项目发明了一种热电转换氢离子浓差热电池。 
它采用燃料电池结构,以氢气为媒质,利用两极间的氢浓度差和废热高温环境, 
在不消耗氢气的情况下实现热电转化,170℃时转化效率达到 13.72%,远高于热 
电材料和有机朗肯器件的转换效率。该成果将为低品质热能的回收利用开辟一条 
崭新的道路,具有巨大的市场价值。 
本项目关键技术优势为整套热电池系统开发,通过设计合理的余热气体流场 
与氢循环路径,在临界面上布置经过改性工艺的 PBI 质子交换膜,基于质子交换膜两边的氢浓度差,通过高效催化剂分别在阴、阳极发生还原和氧化反应实现电子得失,从而产生可输出使用的电流。热电池系统需要针对具体回收的余热废气成分、温度等数据,有针对性进行系统性设计,电池的结构设计、高效催化剂研制、以及质子交换膜的改性处理工艺等都对电池性能影响较大。 
氢离子浓差热电池属于清洁能源,与其它余热回收设备相比,结构形式简单,体积更小,能直接产生可用电力,可为企业或工厂能源配置提供更多选择,在余 
热回收领域具有更强的竞争力。 
三、市场前景及应用 
数据显示,我国有 50%左右的工业能耗没有被利用,余热资源平均回收利 
用率只有 30%左右,即 2018 年回收利用资源总量最低为 2.36 亿吨标准煤,最高为 9.29 亿吨标准煤,平均为 5.54 亿吨标准煤。目前国外发达国家余热资源平均回收利用率基本达到 40%-60%。随着国家政策对余热回收利用的鼓励和支持,以及余热回收利用技术和效率的不断提高,如果未来我国余热回收利用率达到 60%,则可回收利用的余热资源高达 4.71- 18.57 亿吨标准煤,平均达到 11.09 亿吨标准煤,节能潜力十分巨大。 
四、技术成熟度 
概念验证  原理样机 □工程样机 中试 产业化 
五、合作方式 
联合研发 技术入股 □转让 授权(许可)  面议
 

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