1.燃料电池储能
研究了不同元素混合掺杂石墨烯表面吸附反应气体分子的催化机理，探寻最佳氧化还原特性的掺杂石墨烯杂原子组合。采用微纳米结构表征技术，对改性石墨烯材料的结构，包括形貌和化学结构，进行原子、分子和纳米层次上的研究，对催化活性中心的微环境和结构进行全方位表征。同时通过电化学实验和吸附平衡实验分析不同掺杂石墨烯材料的氧化还原强度与电子转移数与反应气体的过剩吸附量随不同温度和压力变化条件下的拟合关系，揭示改性石墨烯材料的孔道形态、立体形貌以及活性中心结构分布与催化活性、稳定性之间的关联性，为催化材料孔道结构、晶体结构形貌以及活性位结构分布的设计提供了依据。
图1 新型掺杂石墨烯材料的合成方法与性能优化
2. 相变储能
1.泡沫金属强化固液相变传热
将介观LBM方法拓展应用到多孔介质内含有固液相变传热的复杂流动过程的模拟研究领域，比较于传统方法有诸多优势，并发展相应的方程模型。同时将超轻多孔泡沫金属材料引入到相变材料强化传，并在孔隙尺度揭示了该系统局部热非平衡微观行为。进一步，考虑金属骨架与流体之间的不同的传热特性，建立了泡沫金属内融化相变传热的双温度模型进行研究。
图1 LBM方法与试验相结合研究泡沫金属复合相变材料中的传热过程
图2 建立泡沫金属内融化相变传热的双温度模型
2.目前固液相变材料存在相变时液体易发生泄露，造成对储存设备遭到腐蚀的问题。据此，制备合成新型聚氨酯基固固相变材料，并通过数值模拟方法和试验相结合的方法对其热性能进行研究。提出将分子动力学方法应用于复合固固相变材料的数值模拟中，并结合实验表征，从宏观及微观尺度上揭示埃洛石基聚氨酯固固相变材料在实际应用过程中的可行性。
3.光化学储能
研究了基于偶氮苯顺反异构化反应的复合储能材料的制备及其性能，包括偶氮苯衍生物/相变材料的制备和偶氮苯/石墨烯材料的研究。偶氮苯/箱变材料是在有机相变体系中引入偶氮苯衍生物掺杂剂，可在低于结晶温度的情况下保持液态，并可采用光诱导放热，实现光控过冷度储能。而偶氮苯/石墨烯复合材料是以重氮化方法将分子接枝与石墨烯表面，在高接枝密度下，通过捆绑效应和分子间互相作用，提高材料的能量密度和半衰期。研究通过表征得到了该类材料的微观结构及性能特征。
图1 偶氮苯/石墨烯复合材料
图2 偶氮苯/相变复合材料
4.水合物蓄冷
水合物蓄冷相比传统蓄冷方式具有无腐蚀性、相变温度高、蓄冷密度大的特点，而水溶类水合物如四丁基溴化铵(TBAB)、四丁基氟化铵(TBAF)、四氢呋喃(THF)等克服了传统水合物蓄冷相变压力高、不溶于水、相分离等缺点，是值得深入研究的新型蓄冷介质。本课题通过实验测得TBAF+THF水合物相变温度6.8℃，相变潜热213.3kJ/kg，并设计了蓄冷实验系统，将其运用于实际工程中。
5.无机盐蓄冷
无机盐是常见的蓄冷材料之一，相对于常规的蓄冷方式，无机盐相变材料具有工作温度范围宽泛、相变过程体积波动相对较小、储能密度较高等优势，也存在过冷、相分离、热导率不高等问题。通过选择合适的无机盐蓄冷材料，再加入多种添加剂进行改性，抑制其过冷度、相分离等现象，制备一种热稳定性强、热导率较高的新型复合无机盐相变材料。针对该材料，优化管壳式蓄冷槽的盘管与翅片排布方式，进一步强化设备侧的传热效果，设计一种高效的无机盐相变蓄冷槽。
