[00652719]中高温下固体氧化物基高精度快速氧测量关键技术及应用

燃油燃气燃烧过程中能源转换效率高低决定Cox、Nox等超标氧化物的排放；其产物中的氧含量精确实时测量可用于优化能效管理，实现环保监测与节能减排。中高温下氧测量是环保领域能否达到“国六标准”的瓶颈技术；该环境中固体氧化物基氧测量原理公认，但由于热-电-气多场耦合，要实现高精快速稳定氧测量，需解决基体微观结构评价、阻抗分析与温度测控等挑战性问题。在国基金、科技部“863”、教育部人才等项目资助下，项目组发明了中高温下固体氧化锆基高精快速氧测量技术，属于环保与信息科学领域。主要发明为:1.氧化锆基体微观结构优化方法。精确描述了固体氧化锆基体导电过程中氧含量与放电电流的映射关系，发明了量子衍生图像分割技术，实现了氧化锆基体孔隙率40%均匀分布的最优微观结构参数，提升了基体结构稳定性及电特性获取速度与精度。2.高精度氧含量表征与测量技术。揭示了基体三相界面阻抗谱呈分数阶电特性规律，发明了热电耦合高精度分数阶建模与控制技术，实现了奈奎斯特（Nyquist）图表征基体阻抗模型精度0.01μmxcm²，测控精度比现有整数阶提高2倍。3.封装基体温度分布获取技术。针对基体中高温封闭且温度不可直接测量问题，发明了温度观测技术，实现了基体温度梯度小于8℃/cm、电特性效应性能衰减率为0.81%/1000h，突破美国能源部固态转换联盟（SECA）发布标准（梯度小于10℃/cm，衰减率小于1%/1000h），提升基体寿命与测量精度。4.宽域车用氧测量器件与标定技术。开发了固体氧化锆基车用尾气氧测量方法及系统，实现氧测量精度0.05%和动态响应速度30ms，突破中高温氧测量的国际最高水平0.2%和50ms；并将该技术用于固体氧化物基燃料电池（SOFC），创造了国内最好发电效率46.5%的纪录。获发明专利20项，其中固体氧化锆基体电特性分数阶模型控制专利是中国唯一相关专利，美国仅有2项同类专利；发表IEEE和Elsevier等数据库国际权威期刊论文30余篇；所发明技术推广应用中，近三年为企业新增利润1.5亿元，利税0.29亿元，打破了Bosch等国际领域巨头垄断，成为国内领军实体。