2022年, 第10卷, 第6期　
刊出日期：2022-12-30

  

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  锂金属参比电极稳定性研究

  陈帅, 张得辉, 李伟善

  新能源进展. 2022, 10(6): 495-501. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.06.001

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  锂离子电池商业化应用已有30多年,但目前的电池性能仍不能满足社会发展的需求。为此,须不断开发高性能的电池材料。电化学测量是电池材料开发不可或缺的关键技术。锂金属电极是锂离子电池电化学测量中最常用的参比电极,其电位稳定性将影响电化学测量结果的准确性。报道一种能提高锂金属参比电极电位稳定性的锂金属表面处理方法。将有机锌盐和氟代碳酸酯的混合溶液滴加在锂金属表面,通过锂金属与溶液组分的反应,在锂金属表面形成一层含锌锂合金和氟化锂的混合界面膜,可降低锂溶解/沉积过电位。处理得到的锂金属电极在Li//Li对称电池中用1 mA/cm²的电流及1 mA∙h/cm²的容量恒电流连续充放电,该对称电池的电压稳定时间是未处理电池的2倍以上。这种锂金属电极表面处理方法可提高电极材料电化学性能测量的稳定性,有利于锂离子电池新材料的开发。
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  折流式动力电池液冷板流动传热性能强化

  吴晨辉, 蔡烨琳, 陈竞, 邱慧燃, 李乐, 刘昌会, 赵佳腾

  新能源进展. 2022, 10(6): 502-508. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.06.002

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  发展新能源汽车是助力“双碳”战略的有效措施之一,动力电池的热安全和热衰减问题制约了新能源汽车的发展。针对这一问题设计折流式动力电池液冷板,研究结构参数对其流动传热特性的影响,对比不同局部连通方式的优化效果。结果表明,折流板长且多的冷板具有更好的综合换热性能,局部连通结构能够同时提升折流式冷板的综合换热性能和温度均匀性,增加连通口数量及最后连通口与流道拐角的距离能够进一步提升优化效果,最大分别可提升25.62%和7.84%。
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  CO₂单井增强地热系统取热性能研究

  卜宪标, 郭志鹏, 李华山, 王显龙, 龚宇烈, 王令宝

  新能源进展. 2022, 10(6): 509-518. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.06.003

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  为提高闭式单井系统取热性能,提出一种CO₂单井增强地热系统（CO₂-SEGS）。建立井筒流动换热和储层热-流-固耦合的数学模型,考虑CO₂可压缩性以及井纵向压力传递特性,对比分析了水和CO₂在SEGS中的取热性能,研究系统取热性能与封隔间距、井筒保温的关系。结果表明：（1）额定循环流量下,井口生产温度从134.09℃降低至116.06℃;CO₂在采出过程中降压膨胀做功,产生明显的温降效应,中心管井口温度比底部低约57℃。（2）井筒不同位置处CO₂的密度、热容差异很大,当循环流量小于50 kg/s时,依靠浮升力作用,SEGS可实现自主循环运行,无需额外泵功。（3）当水和CO₂的流量分别为15 kg/s和40 kg/s时,两者年均取热速率近似相等,CO₂的采出温度比水低约40℃,而压力损耗远小于水。（4）SEGS取热性能与封隔间距以及中心管保温性能呈正相关。研究结果可为SEGS系统的开发提供参考。
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  扭曲椭圆管换热器壳程强化传热的数值研究

  陈杭生, 朱冬生, 陈二雄, 莫逊, 谭连元

  新能源进展. 2022, 10(6): 519-525. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.06.004

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  基于扭曲椭圆管的换热器是一种新型的新风系统换热器,针对扭曲椭圆管及其应用特点,设计了两种不同结构参数的新风系统换热器。应用FLUENT软件,在夏季工况下对两种不同结构参数的新风系统换热器壳程进行模拟分析,并通过与实验数据的对比,验证计算模型的可靠性。结果显示在相同体积流量下,随着壳程开孔面积的增大,对流换热系数h不断减小,压降Δp不断减小,综合性能系数h/Δp^1/3变化不明显;随着螺距的减小,对流换热系数h不断增大,压降Δp不断增大,综合性能系数h/Δp^1/3也不断增大;流场分析显示,扭曲椭圆管换热器壳程流道内,呈现出明显沿着扭曲椭圆管壁面的螺旋流,使得空气在流道内充分扰动,增强换热效果。
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  后弯管模型多环节能量转换特性实验研究

  吴必军, 张芙铭, 覃梓真, 饶翔

  新能源进展. 2022, 10(6): 526-531. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.06.005

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  后弯管（BBDB）技术从波浪能到电能的转换要经过多个环节,为提高后弯管技术能量转换性能,对一种新型的后弯管技术多环节阻尼形式展开了实验研究。水槽实验研究表明,在气流单向做功条件下,规则波下俘获宽度比（CWR）峰值为113.7%,随机波下CWR峰值为81.9%,而在气流双向做功时,规则波下CWR峰值为138.6%,随机波下CWR峰值为94.0%;相对于简单气孔阻尼模型,带有导叶、叶轮和发电机元件阻尼的试验模型的CWR稍高于简单纯气孔模型,两者CWR曲线变化的趋势接近。
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  凹凸棒石负载有机胺用于沼气提纯的优化制备研究

  卞可, 张海荣, 王璨, 黎海龙, 王梦琨, 姚时苗, 熊莲, 郭海军, 陈新德

  新能源进展. 2022, 10(6): 532-539. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.06.006

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  凹凸棒石原矿吸附剂对CO₂的吸附量较低,不利于其在沼气提纯中的实际应用。因此,如何有效提高凹凸棒石的CO₂捕集能力是未来的研究重点。通过对凹凸棒石原矿进行酸改性处理,考察酸浓度和酸化时间对凹凸棒石组成、结构和性能的影响,采用扫描电镜（SEM）、X射线荧光光谱（XRF）、X射线衍射（XRD）和N₂吸附/脱附等手段进行表征。结果表明,在硫酸浓度为3 mol/L、酸化时间为72 h的条件下,所得到的凹凸棒石基无定型SiO₂（α-SiO₂）具有较高的比表面积和孔容并具有丰富的表面Si‒OH基团,其负载聚乙烯亚胺的CO₂吸附量达到3.21 mmol/g。这是由于酸改性去除了凹凸棒石层间杂质以及金属阳离子氧化物,从而改善了凹凸棒石的结构和性能,使氨基活性位点得到均匀地分散,提高了对CO₂的捕集性能。
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  热除菌型Trombe墙系统性能研究

  樊苗苗, 车磊, 顾涛, 李雨林, 余本东

  新能源进展. 2022, 10(6): 540-546. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.06.007

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  热除菌利用细菌在高温下失活的原理,是一种安全、有效、环保的杀菌方法。将热杀菌技术与Trombe墙结合,提出一种热除菌型Trombe墙系统,能同时实现建筑室内采暖和热杀菌功能。围绕提出的除菌型Trombe墙进行墙体热性能实验研究,探究墙体全天的热性能;同时建立系统传热热传质模型,进行室内典型细菌的热失活分析。结果表明,在环境温度为18.1℃、太阳辐射强度为620.6 W/m²的实验条件下,日均空气热效率为0.46;对于大肠杆菌、利斯特氏菌、植物乳杆菌、山夫顿堡沙门氏菌和酿酒酵母五种细菌,热除菌产生的洁净空气量在0 ~ 40 m³/h范围内,全天净空气总产生量分别为94.01 m³/(m²∙d)、86.51 m³/(m²∙d)、100.70 m³/(m²∙d)、94.95 m³/(m²∙d) 和100.10 m³/(m²∙d);当换气次数为0.5 h^-1、细菌从室外进入室内的穿透系数为0.8、室外平均细菌浓度为447.10 CFU/m³时,室内五种细菌的除菌率分别为95.03%、91.54%、95.49%、95.22%、95.48%。
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  密闭空间内10%氢气浓度的氢气-空气混合气体燃爆的仿真和实验研究

  PUA Cheng-lin, 胡珀, 翟书伟

  新能源进展. 2022, 10(6): 547-557. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.06.008

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  当今世界各国正积极开发新能源以实现碳中和的目标,氢能是新能源中备受关注的一种能源形式。氢安全是氢能利用领域中被重点关注的问题之一,但氢气的燃烧和爆炸研究实验具有一定危险性。与实验相比,计算仿真是一种低成本且更安全的方法。针对10%氢气浓度的氢气-空气混合气体在密闭空间的燃爆现象,进行了4个工况的实验,并依托FLACS程序开展计算仿真,将实验结果与仿真结果进行对比分析。结果显示,FLACS计算压强的平均误差为15.3%,温度的平均误差为10.4%。FLACS压强峰值的高估比例为1.073,温度峰值高估比例则为1.272。误差的部分原因是FLACS无法模拟部分实验现象,例如部分火焰熄灭,导致仿真峰值数据高于实验数据。仿真结果中,压强和温度数据相比于实验数据有提早上升的趋势,这与许多文献的结论一致。该现象发生的原因在于FLACS模拟中燃烧是点火零时刻发生,而实验中燃烧在燃料被实际点燃时发生,该时刻与点火器启动时刻有短暂时间间隔。对比层流火焰燃烧速度,FLACS仿真的误差为13%。对比温度场发展趋势图,仿真与实验结果都显示火焰往罐体上部传播速度最快,在实验中火焰前锋停止于罐体两侧而仿真结果的火焰前锋则停止于罐体上部。
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  乙醇-氢气-空气混合物层流燃烧特性研究

  张嘉玮, 姜根柱, 张衍, 王筱蓉, 许沧粟

  新能源进展. 2022, 10(6): 558-564. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.06.009

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  氢气是一种高效的添加剂,可以改善生物质燃料的层流燃烧特性。为研究氢气对乙醇-空气预混层流火焰燃烧特性的影响,利用定容燃烧弹结合高速纹影摄像技术,系统研究了初始温度为400 K,初始压力为0.1 MPa和0.4 MPa,氢气含量为0%、10%、30%、50%、70%和90%,当量比为0.7 ~ 1.4时的氢气-乙醇-空气混合燃料的层流燃烧速度（LBV）、火焰厚度和马克斯坦长度等参数,并采用辐射校正公式使LBV更加精准。通过数值仿真构建预混火焰模型,与实验结果进行对比。结果表明,氢气比例的增加可以提高混合燃料的层流燃烧速度。当氢气比例小于50%时,LBV随氢气比例的增加线性增长。而当氢气比例大于50%,LBV随氢气的增加呈指数增长。初始压力的上升虽然降低了LBV,但提高了LBV的增长率。此外,随着氢气比例和初始压力的增加,火焰厚度减小,马克斯坦长度降低,火焰的不稳定性增强。
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  浮式风机水池模型试验与仿真对比分析

  李辉, 侯承宇, 钱权, 杨微, 罗京, 刘升

  新能源进展. 2022, 10(6): 565-572. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.06.010

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  为研究浮式风机动力特性以及验证数值仿真的准确性,以中国海装半潜型浮式风机参数为基础,阐述水池模型试验过程和环境工况,重点对试验与数值仿真结果进行对比分析。结果表明,采用推力相似和弗劳德数相似的水池试验方法可以满足验证浮式风机仿真模型的准确性。半潜型浮式风机低频运动响应明显,气动阻尼对共振响应可以起到抑制作用,横荡运动与横摇运动方向上具有较强的耦合现象。塔筒载荷能量主要位于低频段、波频段和风轮1P频率处,其中低频区主要受风载荷控制,波频区主要受波浪控制。
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  云南风电项目枯平期发电量占比计算方法探讨

  马海鹏, 王芳, 梁会森, 刘瑞卿, 廖静, 刘诗琴, 赵斌

  新能源进展. 2022, 10(6): 573-583. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.06.011

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  2020年9月30日,云南“8 + 3”风光项目落地,并出台配套的结构电价政策,即风电项目枯平期2 000 h以内采用燃煤发电上网基准电价,丰水期500 h以内采用集中交易撮合下限价格,超额部分执行竞争性电价,因此对云南结构电价下风电项目发电量评估方法提出了新的要求。基于该电价规则,以云南某个拟建设的风电项目为例,分析实测数据、中尺度数据的每年枯平期风速以及风功率密度、发电量占全年比值,对比采用不同机型计算枯平期发电量占比的变化;并采用长时间序列数据计算风电场枯平期发电量占比,与周边已建成风电场进行对比分析;提出云南结构电价下风电项目的枯平期发电量占比计算方法及项目评估建议。研究结果可为类似云南结构电价下的风电项目发电量评估提供依据。
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  铜铟镓硒柔性薄膜太阳电池碱金属掺杂技术进展

  刘沅东

  新能源进展. 2022, 10(6): 584-590. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.06.012

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  便携式充能市场的发展带来对柔性电池的增量需求,铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池是目前市场上主要应用的柔性电池,极具发展前景。介绍了铜铟镓硒柔性薄膜电池碱金属掺杂工艺技术的发展,分析了碱金属掺杂对电池效率提升的影响以及在产业化中存在的问题,并从工艺研究、设备制造和掺杂机理等方面对碱金属掺杂技术的进一步发展提出了建议。