2021年, 第9卷, 第6期　
刊出日期：2021-12-30

  

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  面向碳中和目标的小型车载动力电池可持续发展研究

  薛冰娅, 常泽宇, 吴昊慧, 胡宇辰, 黄凯, 郁亚娟

  新能源进展. 2021, 9(6): 443-448. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.001

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  当前我国各行业均关注“碳中和”目标,电动汽车作为新能源材料和器件在交通行业实现节能环保目标的代表性载体之一,对我国实现碳中和目标有着重要意义。动力电池是电动汽车的重要组成部分,迫切需要解释其“碳中和”特性。将锂离子电池组在生产阶段的各类环境影响作为研究对象,采用生命周期评价方法,分析生产锂离子电池的过程中,成分组成对环境的综合影响。结果表明,硫化铁固态电池组（FeS₂SS）在足迹家族、资源耗竭和毒性损害的11类三级指标中环境潜值都较小,说明FeS₂SS电池组在生产阶段产生的综合环境影响较小,而磷酸铁锂-石墨电池（LFPy-C）、三元锂-硅纳米管电池（NMC-SiNT）、三元锂-硅纳米线电池（NMC-SiNW）在各项环境影响值中贡献程度均较高。为实现碳中和目标,减少碳排放,NMC-SiNW、LFPy-C、NMC-C三种电池组的生产应进行优化。
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  酸化/氧化调理对活性污泥胞外聚合物及脱水性能影响研究

  吴佳欢, 张岳琦, 朱明, 杨光, 孟伟, 姜红星, 段鹏飞, 袁浩然, 陈勇

  新能源进展. 2021, 9(6): 449-460. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.002

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  活性污泥（WAS）经酸化/氧化处理后,胞外聚合物发生变化：在强酸环境下,总胞外聚合物以芳香族蛋白质为主,随着酸性的减弱,提取物中以类腐殖质物质为主;溶解型胞外聚合物在强酸条件下提取出来的主要有机物为类富里酸,随着酸性的减弱,类腐殖质物质占据主要地位;松散结合型胞外聚合物中检测到主要的有机物则为类富里酸及类蛋白质;紧密结合型胞外聚合物的提取物主要是与芳香族氨基酸结构有关的类蛋白质。经3.0 g/L高铁酸钾溶液氧化调理后,各层胞外聚合物提取液检测到的多糖和蛋白质含量较未处理条件下分别高出120倍和1倍以上。根据脱水性能测试结果,酸化处理与氧化处理后,污泥的脱水性能提高了9%。
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  半透明光伏器件及其应用的研究进展

  郑捷元, 盛贵章, 蔡雪松, 赵亚洁, 肖秀娣, 徐刚

  新能源进展. 2021, 9(6): 461-478. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.003

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  半透明光伏器件具有优异的可见光透光性,可应用于建筑玻璃幕墙,有利于实现建筑对太阳能的收集与利用。近年来,通过对材料、结构、工艺等方面的不断优化,半透明光伏器件的光伏性能更接近常规光伏器件,同时保持了必要的透光性能。然而,单一光伏器件并不能解决建筑热交换带来的巨大能源损耗。在半透明光伏器件的基础上结合场致变色技术,可以构建光伏智能窗,并将其应用于光伏建筑。在理想情况下,该装置能在光照下改变其对入射光的透射率并收集光能进行发电,同时有效地减少建筑供能和玻璃换热所造成的能量损失。从半透明光伏器件的研究进展出发,简要回顾了半透明光伏器件与光伏智能窗的一些重要研究成果,总结了各类器件的主要优化方案与性能优劣。最后,对半透明光伏器件与光伏智能窗的应用前景进行了展望。
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  车用锂离子电池液冷式热管理系统实验研究

  柯巧敏, 郭剑, 王亦伟, 陈满, 蒋方明

  新能源进展. 2021, 9(6): 479-488. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.004

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  锂离子电池组的热管理对电动汽车的性能和安全性具有重要意义。基于多通道蛇形波纹管液冷式热管理系统,以200个18650型锂离子电池组为热管理对象,对电池在各种充放电倍率下所需的冷却液流量、泵功消耗以及热管理收益进行了实验研究。结果表明,热管理系统对动力电池在各种充放电应用条件下都具有较好的热管理效果,电池最大温度和最大温差基本可控制在40℃以下和5℃以内。提高冷却水流速对系统热管理能力的提升具有一定的效果,但是随着流速增大,热管理能力提升的边际效益也更趋明显;而系统运行所消耗的泵功增加导致了热管理收益随冷却水流速增加而大幅降低。从电池的性能安全以及热管理有效性的角度综合考虑,各充放电倍率下热管理系统的冷却水流速都是以保证电池安全和性能指标的最低流速为优。
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  生物强化菌系添加量对不同食微比餐厨垃圾厌氧发酵性能影响

  胡致远, 张新杰, 王宇, 李颖, 孙永明

  新能源进展. 2021, 9(6): 489-495. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.005

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  为考察生物强化菌系添加剂量对餐厨垃圾厌氧发酵性能影响,确定不同食微比（F/M）下最佳菌剂添加量,进行了批式厌氧发酵实验。以实验室已获得的丙酸产甲烷菌系为生物强化菌系,对不同F/M（0.5、1.0、2.0）进行生物强化,菌剂添加量设置为5%、10%、15%、25%、35%比,通过产气性能及中间代谢产物的对比,结合产甲烷动力学评价生物强化效果。结果表明：各剂量的生物强化均可促进餐厨垃圾产气,提高累积产甲烷率1 ~ 3倍;各F/M下,累积产甲烷率均随生物强化剂量增加而增大,35%的添加量产气效果最佳。就生物强化效率而言,3组F/M发酵中,F/M为1.0且菌系添加量为15%时,单位质量菌剂获得最大甲烷提升效率（1 706 mL/gVS_菌剂）;中间代谢产物分析显示,生物强化可促进丙酸和乙酸的降解,避免酸抑制,从而提高产甲烷能力。修正Gompertz模型对产甲烷潜力动力学分析表明,生物强化可以缩短不同食微比下的发酵延滞期,加快反应进程。
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  改性西瓜皮生物炭对废水中Pb²⁺的吸附研究

  苏德仁, 陈凤鸣, 李汇春, 毕景望, 王亚琢

  新能源进展. 2021, 9(6): 496-505. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.006

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  以西瓜皮为原料制备生物炭（WM）吸附水中的Zn²⁺,再将吸附后的生物炭进行二次热解,制得WM-Zn并用于吸附水中的Pb²⁺。研究表明,WM-Zn对Pb²⁺ 的吸附容量（163.84 mg/g）高于WM的吸附容量（87.64 mg/g）。利用X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、元素分析（EA）、X射线衍射（XRD）、吸附比表面测试法（BET）和Zeta电位对生物炭进行了表征,发现WM-Zn表面孔结构的扩大和官能团的增多均有助于Pb²⁺ 的去除,WM-Zn对Pb²⁺ 的吸附可归结为官能团络合、静电吸附、物理吸附和沉淀作用。此外,WM吸附Zn²⁺ 和WM-Zn吸附Pb²⁺ 均符合Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学模型,表明吸附过程是以单分子层吸附为主的化学吸附。在吸附-解吸循环实验中,WM-Zn在第6次循环中吸附量可达到87.36 mg/g,表明WM-Zn吸附具有良好的可重复性。
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  扰流空心翅片式微流道液冷板流动换热特性研究

  周蔚南, 孙钦, 关胜利, 汪广武, 孙晨明, 吴伟, 董凯军

  新能源进展. 2021, 9(6): 506-512. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.007

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  液冷板冷却技术是解决高功率芯片热管理问题最有前途的技术之一,带翅片结构的液冷板具有低流阻、低热阻的优势,因而受到广泛关注。目前翅片结构多以实心为主,空心交错翅片对液冷板散热能力和压降等冷却特性的影响尚未得到系统的研究。对此,设计了空心交错翅片液冷板,采用数值模拟的方法研究进口温度和流量对液冷板流动换热特性的影响。模拟结果表明,空心翅片式液冷板具有良好的散热性能,随着进口温度的升高,液冷板温度不均匀性逐渐降低,但降低趋势有所减缓,而流量的增大对降低平均热阻有显著的作用,当进口流量超过1.2 L/min时,液冷板的平均热阻可低于0.04℃/W;然而,流量的增大也提高了流动阻力,当流量增大至1.7 L/min时,流体出口区域形成涡旋,产生回流区,不利于液冷板的散热效果,且流动阻力增大。
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  低温下电池系统台架试验液冷控制方法的优化研究

  吴逸洲, 王译萱, 仇晨光, 卢灿, 邓闯, 李坤

  新能源进展. 2021, 9(6): 513-518. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.008

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  随着电动汽车快速发展,对动力电池性能的要求日益严苛,电池热管理技术的升级优化变得十分迫切。由于国内缺乏电池系统试验水冷控制策略规范,台架试验与整车试验中的电池系统性能表现差异较大,导致试验结果严重脱节,系统级试验失去了原有的测试验证意义。本文对液冷台架试验方法的实际应用开展研究,通过功率、冷却液比热容、进出水口温差、流量等因素的关联计算,优化了电池系统台架液冷控制方法,使台架试验能够更好地模拟实际整车水冷情况。通过对电池系统进行 -20℃低温快充、-10℃低温快充和 -20℃低温慢充三项试验,验证了该电池系统台架液冷控制方法在低温下的改善效果。相较于传统台架液冷试验方法,采用该液冷控制方法能够使电池系统的温度及电性能更符合实际整车变化,保证了电池系统在系统级试验阶段与整车级试验结果保持一致,实现了电池系统在台架液冷试验的真实性能考核。
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  化学链燃烧铜基载氧体前驱体煅烧反应热力学研究

  李康, 郑敏, 范宝山, 王洋, 张金健, 李智成, 谢海涛

  新能源进展. 2021, 9(6): 519-523. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.009

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  基于吉布斯最小自由能原理,对铜基载氧体前驱体燃烧合成过程进行平衡模拟计算。预测了固体产物状态和气体产物分布。通过改变原料配比,计算绝热燃烧温度,判断反应能否自我维持。结果表明,在加入物料为化学计量比的反应条件下,平衡绝热燃烧温度T_ad为2 300 ~ 2 400℃,燃烧能自我维持。在加入物料为非化学计量比,尿素小于0.2倍理论加入量时,该燃烧不能自我维持,尿素小于0.5理论加入量时,含Cu化合物以液相形式存在。该体系中NO是NO_x的主要成分,随着尿素的增加,NO含量先快速增加后减少,当尿素占比为0.71时,NO含量达到极值。过量尿素的加入会使NO还原为N₂。
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  生物油加氢脱氧催化剂研究进展

  李波, 丁帅, 郭海军, 熊莲, 张海荣, 陈新德

  新能源进展. 2021, 9(6): 524-532. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.010

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  石油资源的日趋枯竭及其引起的环境问题,使生物油作为石油替代能源备受关注。然而,生物油中的羧酸含量较高、热稳定性差,是阻碍其规模化应用的主要障碍之一,常需要对其进行加氢脱氧（HDO）提质。本文综述了应用于生物油HDO的几种催化剂类型,主要包括金属催化剂、分子筛载体催化剂、复合碳载体催化剂、多孔有机聚合物载体催化剂和缺陷催化剂等,认为开发出一种具有高催化活性且成本较低的非贵金属催化剂是催化剂工业未来的发展趋势。
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  含CaCl₂的深水油基钻井液中甲烷水合物的生成规律研究

  杨唐杨, 于常宏, 纪佳凯, 江鑫, 陈立涛

  新能源进展. 2021, 9(6): 533-539. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.011

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  深水钻井常采用含有CaCl₂的油基钻井液,施工时气体侵入钻井液可能会导致水合物的生成,增加钻井风险。因此,明确钻井液中水合物的生成规律对水合物的防治工作具有指导意义。采用高压水合物搅拌釜,实验研究了含水率为10%、20%、40%的油基钻井液分别在273.15 K、275.15 K、278.15 K和CaCl₂质量浓度为3.5%、10%条件下的水合物生成规律,分析了水合物生成过程中钻井液的相对电流变化。实验结果表明,油基钻井液中水合物的生成可分为诱导、快速生成和缓慢生成三个阶段,在快速生成阶段,温度和盐度对水合物生成速率影响较小,随含水率增大,水合物生成速率增大;低含水率（10%、20%）时,水合物生成时钻井液的相对电流几乎不增大;高含水率（40%）且水合物体积分数小于15%时,钻井液的相对电流增大不明显,水合物体积分数为15% ~ 28%时,钻井液的相对电流随水合物体积分数的增大而增大,增幅为10% ~ 50%。
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  双馈风电机组电能质量特性联合仿真建模分析

  杨靖, 张书涵, 许国东, 法拉蒂尔

  新能源进展. 2021, 9(6): 540-546. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2021.06.012

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  建立双馈风电机组（DFIG）联合仿真精细化模型——GH Bladed-Matlab模型。在GH Bladed中搭建机组主要机械部件模型,在Matlab中搭建机组的主要电气部件。选取2.2 MW的双馈风电机组搭建模型,根据现场测试数据修正GH Bladed-Matlab模型,使仿真得到的机组闪变外特性、谐波外特性、功率控制外特性与其现场测试波形外特性基本保持一致,确保研究得到的联合仿真模型高精确性。所建立的模型在针对机组电能质量特性因素定性研究的基础上,结合数据进行定量分析,为同系列机组电能质量特性优化提供参考。