天津大学国家储能平台2022年度工作进展

作为全国首批三所国家储能技术产教融合创新平台之一，天津大学国家储能平台2022年在学校党委和未来技术学院党委的正确指导和大力支持下，积极贯彻教育部、国家发展改革委指导方针，推动储能技术领域人才培养以及科技创新，服务国家能源战略重大需求。

2022年度，天津大学国家储能平台在学科建设、科技攻关、人才培养等方面主要取得了十项工作进展。

01组织架构和基础功能更加健全

组织架构基本成型

2022年6月，天津大学国家储能平台（简称“储能平台”）正式成立。储能平台设管理委员会，由天津大学校长、中国工程院院士金东寒任管理委员会主任，天津大学党委常委、副校长巩金龙和中国工程院院士王成山任管理委员会副主任，王成山院士同时任储能平台主任。储能平台党员组织关系归入未来技术学院党委，由凌国维教授任党委书记，潘刚副教授任党委副书记。在组织部、人事处等部门的大力支持下，储能平台按照学校文件要求及相关规定，成立内设机构并备案相关负责人，首批建设电化学储能、燃料储能与应用、储能装备与系统、储能安全与运维、储能经济与政策五个研究中心，五个中心主任和平台副主任均由国家级领军人才担任。亚太经合组织（APEC）可持续能源中心挂靠储能平台，其中心主任朱丽教授兼任平台副主任，致力于推动能源国际合作。成立储能平台办公室并在全校范围内完成公开招聘。

基础功能更加健全

在学校领导高度重视和财务处、资产处、招标办、基建处等各部门大力支持下，快速推进实验室设备仪器购置，高质量推进国库资金有序执行；针对北洋园校区核心功能区实验室实施楼宇改造工程，并完成储能平台新楼选址工作，聚力打造展现国家级产教融合创新平台形象的空间。

02学科建设体系持续完善

★获批储能科学与工程交叉学科硕士学位授权点，重点培育博士学位授权点，有力支撑高层次人才培养。

★获批天津大学“储能技术”学科交叉分中心，系天大首批建设的6个校级学科交叉分中心之一。在研究生院的大力支持下，“储能技术”中心也将作为学校学科交叉中心办公室，充分发挥天津大学学科交叉中心枢纽作用。

★获批教育部、国家发展改革委、国家能源局实施的储能技术国家急需高层次人才培养专项建设高校，全国仅10所。

03电化学储能取得较大突破

在锂电池储能技术领域，研发实用化致密硅碳材料，设计并制造了具有自主知识产权的公斤级材料致密化设备；引入高性能催化剂，构建高比能、长寿命的硫基正极，推动锂硫电池的产业化进程；提出原位快速化学镀锡工艺，成功实现了大面积超薄结构功能一体化锡铜复合负极集流体的短时可连续化制备，已筹备1000m大规模连续化处理生产线，将在宁德时代、国轩高科、亿纬锂能等国内储能头部企业测评验证；盐模板原位制备三维石墨烯复合材料、锂负极表面改性提升充放电可逆性等系列关键材料与电池技术实现突破，实现了低成本高性能电极材料的批量化制备，金属锂电池能量密度达500Wh/kg，处于国际领先水平；研发高比能二次锂金属电池技术已通过中国电子科技集团天津18所、航天科技集团上海811所、上海空间电源研究所等实际测试与评估，性能和安全性均处于先进水平。

在锌镍电池储能技术领域，聚焦电极/电解液界面设计与管理，在锌电极侧、电解液侧和隔膜侧开展多项水系锌离子电池技术攻关，显著提升金属锌负极循环寿命；通过对改进电极材料和电解质组成，研发高稳定性锌镍电池负极材料，获得了高倍率放电性能、长循环寿命的锌镍电池（＞5000次）；开展二次锌-空气电池正极材料的可控制备与催化机理研究，发明了超薄氧化物纳米膜的可控制备技术，突破了材料-电极-单体-电池系统全链条核心技术，开发了高比能、高安全二次锌空电池电堆系统，能量密度达90Wh/kg，循环寿命1600次，相关成果通过实际产线验证，在光伏/风电等可再生能源并网、微电网、离网供电等领域实现了工程应用验证。

在液流电池大规模储能技术领域，开发了液流电池多级尺度电极结构，使多孔电极反应面积提高2个数量级；发展了基于机器学习的流道结构设计方法，实现了关键部件设计从经验到半经验的突破；提出了高性能液流结构设计方法，液流电池核心性能指标达到国际最高水平（600mA/cm2下>80%能量效率）；探索了新型双金属热再生氨基液流电池，实现了能量密度、热电转化效率和温度适应性的大幅提升；开发了5千瓦液流电池电堆并设计了10千瓦液流电池系统，电堆性能达到国际领先水平。

相关科研成果获得2022年天津市自然科学一等奖1项，在Energy&EnvironmentalScience、AdvancedEnergyMaterials、EnergyStorageMaterials、ChemicalReviews、AdvancedMaterials、AngewandteChemieInternationalEdition等储能领域高水平期刊发表论文60余篇，申请/授权国家发明专利20余项；获批国家自然科学基金重点项目、联合重点基金、面上项目、JKW重点项目等多项研发项目，胡文彬教授、钟澄教授和韩晓鹏副教授等多位中心成员入选2022年度科睿唯安全球高被引学者和全球顶尖科学家榜单，赵志坚教授应邀出任化工领域权威期刊《ChemicalEngineeringScience》执行主编。

▲二次水系锌电池的研发与生产线

04燃料电池储能取得较大突破

在固体氧化物燃料电池及电解池技术领域，开发了带有梯度孔隙的氢电极支撑固体氧化物电池，800摄氏度下功率密度突破了1.2瓦每平方厘米，达到国际先进水平，并形成了批量制备的工艺流程；设计固体氧化物燃料电池与燃气轮机混合系统，实现了62.0%的电效率，降低了甲醇重整燃料模式下的CO2浓度，实现了清洁低碳发电的初步目标，为零碳发电系统设计提供指导；开发了可以调整系统热电输出比例的新型SOFC联供系统配置策略，与上海中弗新能源科技有限公司合作开发了5千瓦电堆以及千瓦级SOFC热电联供系统，为兆瓦级示范奠定基础。

在制氢及储氢系统设计技术领域，突破储氢/供氢关键工艺技术，设计了250kg/天储氢装置并在东方电气完成示范运行，设计了150kg/天释氢装置并完成装置建设；开发了高效碱性电解槽系统，在电流密度为5000和10000A/m2时所需要的槽电压分别为1.73V和1.85V，能耗显著低于工业装置；研发绿色甲醇燃料合成技术，开发了CO2加氢制甲醇燃料的高效铜基催化剂，CO2单程转化率11.1%、甲醇选择性78.1%，优于合成气制甲醇商业铜基催化剂，为工程放大和工业应用奠定了基础；研发绿色氢氨技术，设计完成50MWh级电解水制氢-绿氢合成氨-液氨储存-液氨裂解制氢-氢能燃料电池全产业链中试系统。

在高性能燃料电池技术领域，开发了具有优异的热稳定性、碱稳定性和氧化还原稳定性的离子交换膜，相关成果由尹燕教授与MichaelD.Guiver教授2022年发表在国际顶级学术期刊《NatureEnergy》上，并被Nature官方微博、新浪网、科学网、MorningNews、Techxplore等国内外权威机构媒体报道；应用全新单相法实现了共价有机框架材料的离子交换膜的量产；应用快速电流驱动合成法，得到孔结构可控的催化剂层并提高了催化层制备效率；开发了部件级、电池级、电堆级、系统级多尺度的仿真模型，实现了仿真技术及仿真平台的全自主化；设计了燃料电池余热回收利用系统回路，得到系统中重要节点的物质与能量输运特征；开发了超高功率密度质子交换膜燃料电池样机，功率密度达到6.0kW/L，电压大于0.6V，电流密度2.5A/cm2，单池厚度小于850um；所开发的仿真技术已应用于中汽中心、德国博世、潍柴动力、捷氢科技、新源动力、一汽集团、上汽集团、宇通客车、长城汽车等20余家合作企业，相关产品已在天津、山东、浙江、上海、河北等10余个省市推广应用。

在阴离子交换膜电解制氢技术领域，基于不同种类商业阴离子交换膜的不同物理特性，确定了不同商业阴离子交换膜的活化方案，初步形成膜应用数据库；通过活化方案的调整，实现了国产阴离子交换膜在电解池中的性能优于进口阴离子交换膜；研发高性能阴离子交换膜制备技术，已实现单电解池在1A/cm2时的电压低于1.85V的指标，有助于摆脱进口阴离子交换膜的限制；研发高性能膜电极制备技术，使得单电解池运行时的电流密度能够达到5A/cm2，达到国际先进水平。

相关科研成果获得2022年天津市自然科学一等奖1项、技术发明一等奖1项、中国能源研究会能源创新一等奖1项、中国汽车工程学会科技进步一等奖1项、国际绿色能源协会技术创新奖1项等多项奖励，在NatureEnergy、ScienceBulletin、FundamentalResearch、AngewandteChemieInternationalEdition、ChemicalReviews等储能领域高水平期刊发表论文70余篇，申请/授权国家发明专利30余项；获批国家重点研发计划项目、国家重点研发计划（氢能技术专项）、国家杰出青年科学基金项目、国家自然科学基金（重大项目）、国家自然科学基金（面上项目）、内蒙古自治区“双碳”科技创新重大示范工程“揭榜挂帅”项目等多项研发项目，胡文平教授、巩金龙教授、杨全红教授、邹吉军教授和潘伦副教授等多位中心成员入选2022年度科睿唯安全球高被引学者和全球顶尖科学家榜单，焦魁教授参与创建国际绿色能源协会（IAGE）储能专业委员会并担任主席，参与创建国际期刊FrontiersinEnergyResearch储能学科专栏并担任栏目主编。

▲液体有机化合物储氢示范装置

▲天津大学绿氨合成示范装置

05储能系统应用取得较大突破

在新型电力系统储能并网调控和关键装备技术领域，围绕储能并网调控、微电网用储能变流器、高效高密度双向储能变流技术、模块化储能变流器和城市规模化电动汽车集合储能调控五个领域快速推进电力系统储能领域的技术创新。与南方电网公司联合成立“南方电网公司-天津大学智能配用电与储能”联合研究院，南方电网公司未来五年内将投入不少于1亿元支持双方科学研究；与国网天津市电力公司共同开展储能领域技术攻关，前期已投入3000万元，未来每年将通过科研项目合作等方式，投入1000-2000万元资金开展深入合作，合作完成的“光储充检一体化城市大型充电站关键技术及应用”成果，获得2022年天津市科技进步一等奖；与中国电气装备集团有限公司紧密合作，联合开展智能配用电及储能领域技术与装备研发，并联合申报全国重点实验室。

在储能系统运行可靠性和混合储能系统关键技术领域，提出柔直线路单端暂态量超高速保护新原理，与北京四方继保公司合作研制直流线路暂态量保护装置，通过工业级试验测试，动作时间<3ms，速度提升1个数量级，耐受过渡电阻>300Ω，提升3倍以上，被中国电机工程学会技术鉴定为国际领先水平，有望在未来直流电网工程中推广应用；提出适用于储能与新能源柔直并网系统的自适应直流故障限流器，已经与行业龙头企业南瑞继保完成样机研制的可行性分析、测试方案设计等工作，将是国际上首台200kV柔直故障限流器；研发基于云计算的充电桩大数据智能运维平台，支持数十万级充电桩接入，已完成企业内部测试与部署；研发新型超导储能/转换装置，突破超导储能能量转换效率难题，将能量转换率提高至95%以上。

在储能经济与政策研究领域，面向我国生态环境根本好转和碳达峰碳中和两大战略需求，针对大气环境监测感知和减污降碳协同管控的关键问题，突破了精准感知（大气污染因子与温室气体因子协同精准感知技术）、协同管控（减污降碳全链条协同智能管控与综合评估技术）、智能决策（基于“云+链”的减污降碳数智管控平台）三项关键技术，形成了从理论方法到关键技术再到产品研发的全链条创新成果。

相关科研成果获得2022年天津市科技进步一等奖3项、电力创新大奖1项；中心团队成员获国家杰出青年科学基金项目、优秀青年基金项目、联合基金重点项目、海外优秀青年基金项目、国家重点研发计划课题、国家社科基金重大项目等多项研发项目以及数十项企业合作项目。中心主持召开了IEEEPESDay2022天津分会学术论坛，筹办了IEEE-ACPEE2023第八届电力与电气工程亚洲会议(将于2023年4月在天津大学召开)，孵化了三个国家级高新技术企业，推动电力储能等领域技术成果转化及产业化发展。杜慧滨教授担任国际期刊EnergyPolicy共同编辑。

▲基于云计算的充电桩大数据智能运维平台

▲天津市规模最大的充电站—津门湖新能源车综合服务中心

▲直流线路暂态量保护装置

06人才培养体系更加完善

初步建成一流师资队伍

储能平台突破现有专业、学院、行业的限制，通过共建学院联聘、校外资源挖掘和国外人才引进等方式，打造跨学科、复合型、高层次的师资队伍，并注重持续加强师资水平。2022年，王拓教授荣获第十七届中国青年科技奖，杜慧滨、焦魁教授入选国家级领军人才，崔明建、穆云飞、潘伦、潘家营等多位教师入选国家级青年人才，李斌、焦魁教授当选英国工程技术学会会士(IETFellow）。现已形成了以金东寒院士、王成山院士、赵天寿院士3名院士为带头人、20余名国家级领军人才、40余名国家级青年人才领衔的400余人跨学科教学科研团队，覆盖储能的全环节和全链条，全面开展人才培养、学科建设和科学研究。

科学设计人才培养方案

2022年，采取入校二次选拔方式，招收首批储能科学与工程专业本科生。平台围绕“夯实基础、交叉融合、项目教学、模块选修、本研贯通”目标，聚焦“两性一度”，深化交叉融合、科教融合、产教融合，持续优化课程体系、完善人才培养方案，为国家培养能够引领储能技术进步与产业发展的卓越工程师和科学家。同时，面向储能学子开展“云享学术赋能未来”系列前沿讲座和“走进储能，走向未来”实验室开放日，铸就学生科研梦想。

07教学改革与育人成效显著

深化教育教学改革研究

在教务处的大力支持下，将“国家储能技术产教融合创新平台课程改革实践”纳入天津大学2022年本科教育教学改革研究项目校级专项并立项41项。

多项教学成果取得佳绩

获2022年高等教育（研究生）天津市级教学成果特等奖4项，2022年高等教育（本科）天津市级教学成果特等奖4项，一等奖2项。

科教融合育人成效显著

多名学子在储能领域高水平赛事斩获大奖，获得多项省部级荣誉称号等，如王博文、樊林浩等多名博士研究生获得中国汽车工程学会、中国内燃机学会优秀博士学位论文；2017级直博生冉昭玉获评中国电工技术学会等离子体及应用专业委员会2022年度“优秀博士研究生”；陈煜团队、韩静洋团队、陈宸团队及李雪娇团队参加全国大学生节能减排大赛，并分别斩获特等奖、一等奖、二等奖、三等奖。

08微专业建设方案逐步落地

在教务处的大力支持下，系统设计储能微专业建设方案，设置核心技术类、前沿拓展类、实用方法类、政策市场类、实习实践类5类课程模块6门核心课程，共12学分，由储能平台兼职副主任、经管学部主任、国家级领军人才杜慧滨教授领衔设计，面向本校学生、校外学生、社会人员，2年内完成课程学习即可申请获得储能微专业证书。

09储能高端培训有序开展

储能平台秉承高度的使命感和责任感，紧密围绕国家“双碳”发展战略，聚焦产业热点和行业需求，依托储能交叉学科和优质师资，面向全国储能领域的企业和天津市地方高校，建设“新能源+储能工程师”全领域培训及认证体系，从新能源、碳排放、碳金融几个方向打造若干门培训课程，打造储能非学历高层次人才培训项目。2022年，面向东方电气、金风科技、特变电工、中海油、潍柴、一汽解放发动机事业部等能源领域头部企业及环保部门、研究机构定制高端培训班10余个，培训学员1100余名。

10构建“1+N+X”产学研合作新模式

实施产教融合协同育人计划，以储能学科专业为主体（1），校内各优势学科为支撑（N），联合储能行业龙头企业（X），构建“1+N+X”产学研深度融合的教育教学新体系，拓展强化与企业的联合技术攻关和人才培养。目前已与国家电网、南方电网、中国电气装备、东方电气、华为、航天科工、航天科技、中汽研、玉柴、潍柴等数十家储能行业顶尖企业开展科技攻关合作，并与国家能源集团、中国能建、中石化、南方电网、比亚迪、东方电气、上海捷氢、玉柴芯蓝、天合储能和金风科技等企业签署人才联合培养协议，支持专项博士生参与企业的研发项目，支持博士生依托企业的科研条件和重大研发项目开展博士学位论文研究，并鼓励企业优秀青年技术骨干申请攻读定向博士生，同时正与国网天津市电力公司筹备联合挂牌“国家储能技术产教融合创新平台实训基地”。

2023年，天津大学国家储能平台将以党的二十大精神为指引，深入贯彻落实教育部、国家发展改革委要求，聚焦人才培养、学科建设、科技攻关等重点工作，努力建设国际一流的国家储能平台，为我国储能产业发展和国际竞争提供强有力的人才和技术支撑。