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一、实验室概况介绍
本实验室是针对国家可持续发展战略对环境友好能源的紧迫需求和国际发展趋势，结合院所的原有学科优势组建的，它致力于解决先进电源材料和集成技术、研发先进清洁电源。主要研究方向为：固体聚合物电解质（SPE）能源材料与器件（燃料电池与SPE电解水工程）；太阳能电池与光解水制氢；超级电容器与锂离子电池；能源催化过程；大规模储能电源等。分别于2010年和2011年被批准为吉林省先进低碳化学电源重点实验室和吉林省化学电源工程实验室。
（图片来源：中科院长春应用化学研究所）
2009年以来，由该实验室人员承担的科研项目先后获省部级科技成果奖3项，较高水平及影响力的科学论文超过100篇，专利授权30余项。拥有实验用房1500多平方米；近年来投入3000余万购置更新了化学电源专门的仪器设备，达到国际研究新型化学电源先进水准。在质子交换膜燃料电池及相关电极材料方面具有出据国家合格委员会认证的MA检测报告资格。承担国家和省级项目30余项，累积经费超过5000万元，其中作为牵头单位主持十二五863“先进燃料电池发电技术”专项，首席专家为邢巍研究员。
邢巍研究员（图片来源：中科院长春应用化学研究所）
研究室自建成后，充分利用整合资源，形成具有基础研究、高技术创新、人才和权威评价功能的研究实体：以新型低碳化学电源为目标，通过高性能长寿命新型关键材料制备技术、关键部件组装技术、智能化电能转化装置集成技术创新性研究，突破发展瓶颈，大力研发并获得有自主知识产权的新型低碳化学电源高技术，使之成为创建研究成果向应用转化的有效渠道，起到产业技术自主创新能力的重要源头和强力支撑平台的作用；促使吉林省在相关领域获得技术领先地位；形成国家倚重的新型低碳化学电源研发群体和相关专业技术人才培养基地；同时也是新型低碳化学电源（包括燃料电池、太阳能电池、锂离子电池、超级电容器等）及相关材料性能测试评估的权威机构。
以新型低碳化学电源相关基础科学问题和关键技术瓶颈为研究目标，任务强化科技研发能力，形成创新群体，建立高性能长寿命电池材料及其制备技术、新型关键部件制备技术、智能化电能转化装置集成技术等创新平台，突破关键技术发展瓶颈，获得国家急需的低碳化学电源及其在制备高技术，建立产学研技术产业化示范基地，同时也是吉林省权威的电池与材料性能测试评价机构。
二、研究方向
1.在燃料电池方面
在阳极催化剂、阴极催化剂、质子交换膜、电池组的设计和组装等方面取得了较大进展，积累了较丰富的经验。
在直接醇类燃料电池电催化氧化的催化剂、催化电极和催化电极/质子交换膜复合体方面进行了较系统的研究，拓展了多步骤多电子过程的脉冲法的理论，应用于甲醇在多晶铂电极上的动力学研究,首次成功地得到了相关的动力学参数，实验结果与理论数据相符合，验证了该拓展理论的可靠性，获得国际同行的肯定。
提出了一些新的催化剂制备方法，发明多种制备高活性电池电催化剂的方法，确定了纳米级催化剂的有效化学成份及其计量，发明可控催化剂粒径、晶形的有效方法；形成了多项催化剂的制备技术，其中预沉积法、喷雾热解法和微乳液法可制备粒径分布更均匀、对甲醇电催化性能也更高的催化剂，多种阳极、阴极催化剂性能已经超过国际商品催化剂的性能，研制了多种新的Pt基复合催化剂。
首次发现对甲醇电氧化具有促进作用的物质，形成甲醇电氧化促进剂的新研究方向；研究了碳载体对催化剂性能影响的主要因素，如分散性、稳定性和协同性等；研制了低甲醇透过率、高质子电导率和高热稳定性的Nafion/silica/磷钨酸复合膜，并发展了高分子复合膜技术，提出多功能层的复合膜设计方案；系统研究了甲酸、乙醇、二甲氧基甲烷等甲醇替代燃料的电化学氧化的性能和机理；形成完整的具有自主知识产权的催化电极、膜电极复合体等核心部件制备的关键技术，优化膜和催化剂层的连续性和均一性，提高燃料电池性能，常温操作的直接甲醇燃料电池性能已达到较高水平，80mW/cm2。
在国内首次组装出百瓦级的DMFC电池组，并与有关公司合作，研制成了国内第一辆以DMFC为动力的自行车（已通过863项目验收）。目前正在着重从事直接醇类燃料电池实用化研究，针对国防等应用研制小型长寿命电源。
2.在太阳能电池方面
A.高效染料敏化太阳电池：该类电池由于使用窄带隙半导体电极的光电化学池存在严重的光腐蚀问题，染料敏化太阳电池主要使用二氧化钛等高稳定宽带隙半导体材料为n型电极，借助染料来实现光捕获，为人类使用低成本、绿色、可再生能源带来了希望。其核心元件包括光敏染料、空穴传输材料和纳晶介孔薄膜。
B.薄膜太阳能电池：通过设计合成新型高性能有机聚合物光伏材料，调控其溶液状态，研究光敏复合薄膜的凝聚态结构及其演化规律，设计后处理方式构建高有序度的给/受体纳米互穿网络，实现光伏器件光学吸收、激子解离和载流子迁移率等重要参数的全方位提升，推动太阳电池性能的进一步提高。
3.超级电容器研究方向
面向国防和民用等领域的应用背景确定方向，施行重点技术突破，包括关键材料、电池组装和发电系统集成等技术，研制出高功率，高能量和特殊环境下使用的超级电容器和锂离子电池产品，逐步改善当前超级电容器和锂离子电池性能上的某些缺憾；争取提高制备技术和性能的同时，降低产品成本，开拓应用领域和市场，为锂离子电池和超级电容器的产业化提供高技术支撑。
4.特种镍氢电池研究方向
研究适用于超低温和高温的负极材料和MH-Ni电池。
A.可在-40℃应用的超低温镍氢电池。我国”三北地区”,北美,北欧和俄罗斯(占世界陆地面积的1/3以上),冬季气温低至-30℃至-40℃,有些地方更低，对于低温下高性能的储氢合金及MH-Ni电池具有非常多需要。国家1998年就制定了”金属氢化物-镍蓄电池组通用规范”GJB3251-98标准。迄今,国内外都没有能在-40℃应用的负极材料和MH-Ni电池,国外还没有研究-40℃负极材料的放电性能。
B.可在60℃应用：动力电源是MH-Ni电池主要发展方向，作为车载动力和电动工具电源将是其今后最主要的应用领域。但是，现在MH-Ni电池存在高温（55℃以上）环境下，电池性能急剧恶化的问题。而55℃及其以上温度,正是车载动力电源在充电和应用时,特别在夏季的使用环境温度。
本研究获得一种以上高性能新型AB3复相储氢合金，储氢合金的电化学最大放电比容量约400mAh/g；揭示一种或以上渗锂超熵储氢合金作为牺牲阳极保护含Li、Mg的AB3复相储氢合金的阳极保护机理，其中储氢合金中Li、Mg的含量>0.1at.%；获得具有优良宽温区（-40～+60℃）性能新型AB3复相电化学储氢合金，极端条件的放电容量不低于室温容量的60%；以宽温区为特点的高性能Ni-MH蓄电池组研制技术方面获得突破，研制出以大容量Ni-MH蓄电池组。
三、仪器设备
具有齐全的现代化分析测试仪器设备，可以全面、快速、便捷提供各种必要的测试与表征实验，具备了国内研究低碳化学电源第一流的工作实验室条件。
•5台高性能计算机，可利用Gaussian03程序进行有机光电分子构型、电子态、偶极、振动和吸收光谱的计算，为化学电源材料合成的分子设计和材料物性理解提供理性设计依据。
•美国Arbin燃料电池平台、2套美国EG&G电化学综合测试仪、美国EG&G电化学综合测试仪、数字控制的燃料电池工况平台、100A大功率电子负载、高精度热压机、真空喷涂仪，可以满足燃料电池的相关电化学研究和关键材料材料制备、部件组装和单元集成需要。
•德国产手套箱系统、法国产微量样品电导率测定仪、美国产微量样品锥板粘度仪、美国产荧光光谱仪、美国产紫外/可见分光光度计、奥地利产谐振密度计、德国产高精度电子天平为高性能化学电源材料的合成、分离、提纯、放大和基本物性表征提供了保障。
•美国产温控磁耦合搅拌高压钛反应釜、瑞士产喷砂雕刻机、美国产紫外－臭氧清洗机、现场可视程控微波反应器、瑞士产超声焊接机、1台真空镀膜系统等设备，并自行设计、研制导电玻璃切割和丝网印刷系统。为高性能电池的制备提供可重复的介孔薄膜电极。
•美国产太阳模拟器、德国ZahnerIM6E多功能光电化学综合测试仪、美国产锁相放大器、德国产Atlas光老化机及国产Xe灯、变温系统、单色光谱仪和温控烘箱等设备。太阳电池变温J-V测试系统、光电流活动谱测试系统、变温瞬态光电测试系统和变温光电阻抗系统协调工作，可实现太阳电池光伏性能和物理电子学评价，获得太阳电池工作时的基原过程活化能等动力学参数，为新型材料和器件结构设计和制备奠定基础。
•美国产稳态吸收光谱仪，美国产稳态荧光光谱仪，英国产的皮秒荧光光谱仪，瞬态吸收光谱仪（可调谐纳秒激光器、光谱仪和ICCD）。皮秒时间尺度下的变温发光动力学探测系统可用于研究不同温度、环境中光敏材料和光伏器件的激子寿命；瞬态吸收探测系统可用于开展太阳电池分子/半导体界面多通道电荷转移动力学和机制研究，可为高端器件发展和进一步材料开发提供技术保障。
文章来源：中科院长春应用化学研究所
（中国粉体网编辑整理/青黎）
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