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中国研究生能源装备创新设计大赛·2025

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团队成员：周元坤刘志翔吴晓波李梦佳阮驿家
指导教师：田雅芬
参赛单位：上海理工大学

双冷模式下电动汽车 \mathbf { C O } _ { 2 } 热管理系统优化设计与控制策略研究

项目简介

本项目针对电动汽车极端工况下乘员舱舒适性与电池安全性难以协同优化的瓶颈，提出基于跨临界CO2循环的双冷模式热管理系统架构，构建分布式控制网络实现乘员舱制冷 ^ + 电池冷却等七种模式动态切换，突破传统单冷系统制冷剂调节能力不足的局限。构建的电池多物理场耦合模型融合一阶RC等效电路、Bernardi能量方程及电化学-热老化模型，电压模拟误差 { <= } 4 . 2 % 、温度场重构误差 { <= } 6 . 5 % ，可精准预警电池热失控边界。分级优化控制策略以Chiller出口干度 \mathbf { \Psi } = 1 为自标动态调节EEV2开度，使电池最大温度降至 2 4 . 7 ^ { \circ } { C } 、温差控制在 0 . 5 ^ { \circ } { C } ，PID协调压缩机转速与EEV1开度，实现系统COP最高提升 4 6 . 5 % 、最优排气压力降低 2 . 1 % 、电池老化损失率降低 1 0 % ，为电动汽车 { C O } _ { 2 } { ; } 热管理系统优化设计与控制策略研究提供参考。

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团队成员：刘玉栋肖浩哲郭磊磊王波张靓
指导教师：吴震张早校
参赛单位：西安交通大学

点石成“氢”一 高密度氢气纯化储存加压一体化装置

项目简介

氢气作为清洁能源载体和重要化工原料吸引广泛的关注，高品质氢的需求旺盛，但因其产业链长，成本高，如何缩短流程实现高效低成本制取高品质氢气成为关键。本项目基于金属氢化物分离纯化法（MHHP），研究开发了抗中毒、抗粉化材料，设计了流通式反应器及氢气纯化储存加压工艺流程，实现了高回收率（>85%）、高纯度（99.9999%）、高循环性能（>8000次）的氢纯化-储存-加压一体化设计，将0.2\~0.5元/标方的工业副产氢变为2\~3元/标方的高纯氢。

图1金属氢化物分离纯化法（MHHP）

图2抗中毒、抗粉化材料开发

图3氢气纯化储存加压工艺流程及2m/h反应器

国家重点研发计划 转 陕西省能源局 好安生创 Gsa 吃 陕西省工业和信息化厅文件
RRSL 8884. 项目任务书 次方 5 Peslge 6 L /80 荣誉证书科接琴“”产业肉“”R工作（2824）132
184 t-nt-3 HNUSF 责公司报的《高度医用化及望存一体化装置》
1 |8 2023年 陕西省工业和信息化厅
E 陕西科技创新优秀童例 美于下达2省点新产品E°868 维 图Cy中 .如时. -能址 期 S

图410m³/h反应器及25m/h中试设备

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团队成员：王亚薇 姚宁甘拥 田景茹 陈浩松
指导教师：崔海亭孙玉龙
参赛单位：河北科技大学

多源焕能 光-储-热联温室智能供暖系统

项目简介

本温室供暖系统将相变蓄热技术、太阳能热利用与地热能结合，实现三种能源结构互补供暖，构建近零能耗农业温室，将各部分能源利用率提至最高。

与现有供暖系统相比，将太阳能热利用、地热能与相变蓄热技术结合，该设计实现了“低能耗、低排放、低成本”的三低目标。经计算，此设计在经济性、环保性方面，与现有供暖系统对比，有较强的优势与可行性。

此联合供暖系统可应用于北方农业温室大棚，适用范围大、局限性小。该系统在非供暖季开启集热储能与室内降温模式，热量储存于土壤中，电力经过逆变器储存于蓄电池中。在供暖期利用太阳能集热器，相变蓄热罐以及地源热泵供暖。三种供暖源的切换使用降低了运行成本，有效节约了电力，无需为了增加集热器面积而增加初投资。

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团队成员：项梦莹俞一洵汪军民王袆然沈周辉
指导教师：潘云锋
参赛单位：浙江理工大学

自供能桥梁智慧皮肤：集发电、防腐与监测于一体的桥梁增强系统

项目简介

针对桥梁结构腐蚀严重、加固功能单一、阴极保护系统阳极寿命短及健康监测依赖外部能源等难题，本项目提出一种发电、防腐与监测一体化的桥梁增强系统。通过内植碳/玻璃纤维混杂（HFRP）筋和外粘贴碳纤维复合材料（CFRP）层合板的混合加固方式提升结构承载力；CFRP层合板复合弹跳球结构摩擦纳米发电机（TENG），收集桥梁结构微小振动机械能，实现原位电能输出；利用自发电，驱动阴极保护系统，以HFRP筋外层碳纤维为辅助阳极抑制钢筋腐蚀；驱动温湿度传感器，实时感知混凝土内微环境。

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团队成员：林城练俊毅曾欢胡荣刘翰文
指导教师：姚永刚夏宝玉
参赛单位：华中科技大学

全产业链氢能催化剂宏量智造系统

项目简介

华氢绿能团队自主研发的链动氢能一全产业链催化剂宏量智造系统（ { \sf H } _ { 2 } -Flow)，攻克了氢能产业高性能、低成本催化剂制备瓶颈。系统基于毫秒级碳热冲击与卷对卷智能装备实现7m/min（日产10kg）连续生产高端催化剂，批次一致性超 9 5 % 。平台具备“一机多用”能力，覆盖氢能“产储输用”全链条：电解水制氢催化剂贵金属用量降 8 0 % 、高合金催化剂在室温常压下实现芳香烃 1 0 0 % 全加氢，Pt-Fe单原子燃料电池催化剂质量活性提升23倍，相关产品已通过第三方测试。团队成员一作在Nat.Syn.、Nat.com.、Sci.Adv.等期刊发表8篇论文，授权/受理9项专利。项目以“科学原理一智能装备一产业应用”一体化模式，打造国际领先的氢能核心材料智造平台，助力“双碳”战略。

10×100cm2高性能、低成本高合金纳米催化剂

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团队成员：梁财郝亚杰杜怡霖马雪宁王欣
指导教师：蒋兰兰于涛
参赛单位：大连理工大学

“智冷先锋”--集成动态流动和精准控温 的相变蓄冷装备

项目简介

针对冷库高能耗与温控难题，该装备采用自主研发的高密度水基复合相变材料，相变温度为-4.51℃，潜热达257kJ/kg，导热系数提升234%，显著增强蓄冷效率。通过动态流动式结构，实现载冷流体与蓄冷球的高效对流换热，具备快速精准控温能力。装备体积仅为传统系统的1/6，适配性强，适用于疫苗生鲜等对温度敏感的冷链场景。项目已申请多项专利，具备产业化前景。

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团队成员：王子晗線磊李昌翰李争谚左博文
指导教师：陈磊
参赛单位：西安交通大学

一种阴极流场差异化装配的商业化质子交换膜燃料电池电堆

项目简介

本项目聚焦商业化质子交换膜燃料电池电堆性能一致性差这一核心瓶颈，首创端部阴极流场差异化装配策略。摒弃传统均一化设计，对性能一致性影响大的端部单电池策略性地换装自主设计的高阻力双侧堵块阻塞流场板。此装备可在不改变电堆宏观结构的前提下构建补偿阻力场，实现阴极空气的再分配。实验验证，该装备在高负载下流量均匀性提升 4 4 . 3 % ，电压一致度提升 1 3 . 2 % ，在不牺牲平均功率的同时提升了性能下限，显著增强了电堆的可靠性与稳定性。该方案成本低、周期短完全兼容现有生产工艺，为开发高一致性、长寿命的商业化燃料电池电堆提供了极具工程应用价值的新路径。 王

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团队成员：李增运王秋愿姚海沉王建国杨扬
指导教师：刘向雷
参赛单位：南京航空航天大学

万象为师--基于仿生的高效相变储能装备设计

项目简介

本项目针对传统堆积床储热装备存在的储热材料导热系数低、单元传热效率差及系统能质流匹配难三大技术瓶颈，提出了“仿生结构引导-多尺度协同-能质流匹配”的创新路径，构建了基于仿生思想的全链条储热技术体系：材料方面，研制了木材衍生的多孔碳化硅陶瓷骨架，其31.2W/(m·K)的高导热率；单元构型上，模仿叶绿体能量转换过程研制出仿叶绿体-翅片形储热单元，使熔化时间缩短 5 0 % ；系统层面，创新设计仿血管排布的堆积床装备，实现系统能量密度提升 1 8 % 、功率密度提高 4 0 % ，最终突破了高能量与高功率密度难以兼顾的瓶颈，实现了储热密度与传热速率的协同提升。 王

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团队成员：郑少帅潘娜李云菲汪宇刘明辰
指导教师：施建峰李洋
参赛单位：浙江大学

面向高寒缺氧地区的氧-热-电-氢一体化供能背包

项目简介

该背包是一款高度集成化的便携式生命保障装备。整机仅重 2 . 5 \mathsf {kg } ，可在-40{ C } ~ 6 0 ^ { \circ } C 、海拔 3 0 0 0 ~ 5 0 0 0 米环境中稳定运行2小时以上，单位产氧量达6L/h，支持20W供电与12W背部供热，并产出氢含量>2500ppb的富氢水。其核心创新在于采用AEM电解槽技术，通过中子成像与CFD仿真优化流道，实现气泡快速脱附产氢效率提升 45 % ；模块化架构将电解、燃料电池、供热与控制系统高度集成，支持氧/热/电/氢四维联供；智能控制系统集成MCU算法调控和传感器网络，实现能量分配、负载预测、热管理闭环控制。该装备突破了高原供能设备功能单一、笨重昂贵的瓶颈，为边防巡逻、高原旅游、科考救援等场景提供轻量化、多功能的绿色能源解决方案，兼具重大民生价值与战略意义。

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团队成员：谢智意周新展刘宇凡指导教师：刘晨晗刘晴雨参赛单位：南京师范大学

熵动未来基于电卡效应新一代零碳高效 汽车车载冰箱设计

项目简介

本研究采用“材料优化-器件设计-系统集成”三位一体的技术路径：在材料层面通过声子熵工程技术对P(VDF-TrFE-CFE)三元共聚物薄膜进行优化，显著提升材料电卡效应，使其在 { 8 0 ~ { M V / m } } 电场下的绝热温变达到 1 0 . 6 ~ ^ { \circ } { C } ，较传统材料提升近2倍。在器件层面，设计了创新的8单元级联式反向驱动结构，通过优化热流路径和尺寸参数，实现了高效的热量输运，同时开发了能量回收电路，使系统能量回收效率达到8 0 . 0 % 。在系统集成层面，开发了由5个制冷单元和4个制热单元组成的模块化固态冰箱系统，并通过精密的热管理和控制设计确保系统稳定运行。

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