近三年，工程研究中心围绕制约产业发展的“卡脖子”关键核心技术，通过承担项目或自筹资金开展技术攻关，促进关键核心技术突破取得进展。
1.半导体产业的高纯硅基材料（高纯石英砂、球形硅微粉）方向
高纯石英砂原料广泛运用于光纤通信、半导体、电子信息、精密光学元器件、光伏、高端电光源以及航空航天、国防军工等高新技术领域，是我国战略性高新技术领域不可或缺的关键支撑原料。长期以来高端高纯石英产品被美国、挪威等垄断，致使我国高纯石英制品产业链上下游多个环节存在国产化率较低的问题。由于国外对高纯石英生产技术的封锁，加快推进我国高纯石英砂制备关键技术的自主化和国产化迫在眉睫。半导体加工过程中的使用的球形硅微粉也是“卡脖子”材料，主要被日本、美国等国家垄断。高纯石英材料生产相关技术主要包括原料选择技术、提纯工艺技术、加工装备技术和质量检测技术等四个方面，它们是既相互独立又相互联系和相互制约的技术整体，其中高纯石英原料的评价选择与石英提纯工艺技术尤为关键。
中心高纯石英砂团队已初步完成国内外优质石英矿石标本的采集和手标本显微特征分析，完善矿样标本数据库，并重点分析黄冈地域蕲春和麻城脉石英矿样进行4N级以上高纯石英砂规模化示范生产的可行性。
中心高纯石英砂团队利用平台系统设备和自主知识产权的专利技术，已初步对大别山地区多处脉石英矿石制备5N级高纯石英砂的可能性进行了实验室小试研究和提纯探索，并在百克级规模完成了不同提纯工艺方案的组合验证，已获得小试样品的纯度级别鉴定报告如图所示。可以看出，所得高纯石英砂小试样品的最高纯度可以达到4N7级（SiO2含量为99.997%），平行样品的纯度为4N5级，表明利用鄂东地区自然石英矿物资源和项目组优化工艺组合能够制得几乎媲美美国尤尼明公司IOTA-STD系列的高纯石英砂产品（纯度为4N8）。若经后续高温氯化提纯处理，则有望进一步得到纯度级别在5N-5N3的超高纯度石英砂材料。已经获批5N级高纯石英砂国家发明专利3项，相关发明专利和实用新型专利40余项。 
2.高安全长寿命全固态电池实用化固体电解质及基础原料开发与应用
全固态锂电池具有提高安全性和增强能量-功率特性的潜力,有望取代现有锂离子电池应用在以新能源汽车为代表的新能源与绿色低碳领域，实现具有高安全、长续航、可快充的储能技术。实现具有这种优势特性的全固态电池的关键是开发出具有可替代液系电解液的固体电解质材料。2011年该方向主要成员导师东京工业大学的菅野了次教授发现了一种全新结构且具有超过电解液的世界最高离子传导的固体电解质材料Li10GeP2S12(LGPS)( Nat. Mater. 2011, 10, 682–686.)，理论和实验双重角度证实了无机物取代有机液态电解液实现全固态电池成为可能，奠定了LGPS系材料和菅野研究团队在固态电池领域的标杆和领军性地位。2011至2023年十多年来，菅野团队始终围绕着LGPS材料体系，通过元素替换/掺杂策略，由点到面、由面到立体，全方位的尝试了几乎元素周期表内所有的元素，获得了系列具有更优异特性的同系材料，对离子传导机制、晶体/电子结构、热/电化学稳定性等做了系统研究，获得了大量的材料合成、结构和性能优化策略的知识储备，并于本年度2023年7月再次实现了材料开发和电池制备技术的突破，利用高熵材料的特性，通过增加已知锂超离子导体的组成复杂性来消除离子迁移屏障，同时保持超离子传导的结构框架，从而设计了一种更优异的离子传导材料。具有组成复杂性的合成相显示出改善的离子电导率，表明高导电性固态电解质能够在室温下对厚锂离子电池正极进行充放电，因此有可能改变传统的电池配置，实现了每平方厘米电极容量超过20毫安，是现有最好技术的1.8倍;材料的室温离子导电率提高到目前最高水平的2.3–3.8倍，从而大幅缩短充电时间，材料的电导率和正极单位容量均达到了全球最高水平；成果以“A lithium superionic conductor for millimeter-thick battery electrode”为题发表在Science上。伴随着动力电池的快速发展，液态锂电池的能量密度也已接近理论极限，业界普遍看好的下一代动力电池技术正是全固态电池。
中心成员在此基础上继续深入研究，努力解决该材料体系目前高离子传导特性与热/电化学稳定性不能兼顾的关键科学问题，阐明调控兼顾离子传导特性与稳定性的策略，为获得优异综合性能的固体电解质新材料应用于万亿级高安全长寿命动力电池领域，在我省获得具有自主产权的技术储备；并通过项目开展研究促教学和人才培养，落实地方州市和地方高校面向前沿和应用领域的应用型技术人才培养，促进创新研究平台建设吸引外商来鄂创新创业具有积极意义。
3.高性能炭基超级电容器电极材料开发
在国家实施“双炭”战略的背景下，可再生能源如太阳能光伏发电、风电、水电等非化石能源备受关注，发展迅猛。然而，新能源电力消纳需要储能、强输配电网等配套机制提供系统支持。2022年8月25号，工信部发布《关于推动能源电子产业发展的指导意见》（征求意见稿），提出促进新型储能电池等新能源存储技术的深度融合、创新应用，开发针对新能源特点的高效储能技术及集成系统。超级电容器既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电池的储能特性。相比于二次锂离子电池，超级电容器具有更优异的功率密度和循环寿命，用作动力电池可实现大功率放电，提供更高的爬坡动力，但其能量密度远低于二次锂离子电池，而且其在高功率下放电时的能量密度通常还会衰减。
炭材料是工业化电容器用电极材料，其具有高功率、长寿命和低成本的特点，但其能量密度和倍率性能较低，因此，开发具有高容量的炭材料（电容炭）是炭基超级电容器研究的趋势之一。目前电容炭多为日本、欧洲等发达国家垄断，国内电容炭发展相对缓慢，属于“卡脖子”技术之一。
通常，炭基材料的高导电性和高表面积难以兼得，导致高功率密度下放电的能量密度大幅降低，申请团队前期工作（Journal of Energy Chemistry, 71 (2022) 521-527.）采用纳米氧化镁同时作为催化剂和模板剂，通过高温可控脱氧造孔的方法制备了一种表面积高达2300 m2/g，导电率为109 S/cm的多孔石墨烯材料，用于超级电容器功率密度高达118 kW/kg，能量密度为52.2 Wh/kg，该制备方法操作简单，易于调控，为项目的研究奠定了良好基础。
另一方面，由于炭材料的表面具有疏水性，因此炭基电极材料在水系电解质中的存储性能较差，对炭材料表面进行功能化，引入具有电化学活性的含N、O等功能基团可以有效的提高表面的亲水性，同时引入法拉第容量。由于杂原子基团的热稳定性差，导致功能基团的含量通常较低。针对这一瓶颈，通过材料固体碱（MgO，氮化炭等）为模板和催化剂，开发出全电活性氮掺杂的炭材料（Journal of Energy Chemistry, 2020, 48: 277-284.），将炭基水系超级电容器的能量密度提高至36.8Wh/kg@2kW/kg。利用邻苯二酚和甲醛为原料，氧化镁为催化剂，制备了共轭羰基掺杂的炭材料的制备，羰基含量高达11.5atom%（接近苯醌的羰基氧含量），该材料既可用于水系超级电容器和锂离子电容器，相关成果申请了发明专利（ZL201710144689.9），部分成果在合作企业大冶市展旺新材料科技有限公司投入中试、企业反应效果良好。
在电容炭的研发方面，近年来，开展了一系列关键性研究，有着扎实的研究基础。与本项目相关的研究成果在国际权威性期刊共发表论文80余篇，获得授权国家发明专利5项。