2024年, 第12卷, 第1期　
刊出日期：2024-02-29

  

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  阴离子交换膜电解水制氢技术的研究进展

  钱圣涛, 何勇, 翁武斌, 王智化, 荣峻峰

  新能源进展. 2024, 12(1): 1-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.001

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  氢能是我国2060年“碳中和”的关键支撑,氢气制备又是氢能产业链“制、储、输、用”四大环节中的首要环节,绿色高效地制取氢气是氢能发展的基础。阴离子交换膜电解水（AEMWE）作为新兴的“绿氢”技术,充分结合了碱性水电解技术与质子交换膜电解技术的优势,有望成为最具发展潜力的可再生能源制氢技术。对AEMWE的原理与研究现状做了简要分析,详细论述阴离子交换膜（AEM）水电解槽关键部件的研究进展与发展方向,包括阴离子交换膜、阳极、阴极催化剂、双功能催化剂、离聚物、膜电极、多孔传输层、双极板及电解液。最后结合研究现状,展望了AEMWE制氢技术的研究方向。
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  污泥热解气/氨旋流火焰燃烧特性

  吴宁, 陈达南, 郭怡君, 李军, 黄宏宇

  新能源进展. 2024, 12(1): 15-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.002

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  污泥热解气因难以被有效利用导致了大量的能源浪费,而其中所含的氢气、甲烷等可燃组分可有效提升氨燃料的燃烧性能。对污泥热解气掺氨旋流火焰的结构及燃烧特性进行分析,基于化学发光法,通过实验考察当量比、掺氨比对火焰结构的影响。结果表明,旋流燃烧火焰中的OH* 在化学当量条件（φ = 1.0）下辐射强度最大,CH* 在富燃条件（φ = 1.2）下辐射强度最大,OH* 可以对火焰稳定性进行更好地表征;污泥热解气/氨气混合燃料中,随着氨气比例增大,旋流火焰稳定性下降。
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  具有泡沫金属流场的燃料电池研究进展

  艾贤魏, 魏琳, 郭剑, 车帅, 蒋方明

  新能源进展. 2024, 12(1): 24-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.003

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  泡沫金属是一种具有高孔隙率、高电导率、良好传热性和重量较轻等优点的新型多功能材料,在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中嵌入泡沫金属作为流场的应用受到越来越多的关注。重点综述PEMFC流场的研究进展,探讨泡沫金属结构参数、流场设计和环境因素等对功率密度、气体分布、压降和水热管理等性能的影响。进一步讨论泡沫金属流场在PEMFC应用中所面临的腐蚀和水淹问题,以及具备耐腐蚀涂层泡沫金属的研究进展,为PEMFC泡沫金属流场的发展和优化提供有益的启示,以期推进泡沫金属在PEMFC中的应用。
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  电流密度和运行温度对PEM水电解制氢能耗的影响

  朱宁伟, 赵京辉, 谢海洋, 宋学平, 吉力强, 郭辉进

  新能源进展. 2024, 12(1): 35-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.004

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  质子交换膜（PEM）水电解制氢技术是采用绿电制取绿氢的重要方法,对我国实现双碳目标具有重要意义。优化运行参数是降低PEM水电解制氢系统能耗的一种重要途径。建立一套工业级PEM水电解制氢实验装置,通过现场实验,考察电流密度和运行温度对PEM水电解制氢系统能耗的影响,探讨优化运行参数降低运行能耗的方法。结果表明,当电流密度为0.2 ~ 1.4 A/cm²、运行温度为20 ~ 60℃,PEM水电解制氢系统单位能耗分别与电流密度、运行温度负相关。提高运行温度会引起电解电压下降,系统单位直流能耗显著降低。提高电流密度会造成系统单位直流能耗升高,而单位交流能耗降低。
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  光热复合催化Trombe墙性能及百叶角度调控策略研究

  樊苗苗, 顾涛, 李念思, 余本东

  新能源进展. 2024, 12(1): 40-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.005

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  太阳能热催化技术利用太阳全光谱产生集热和降解甲醛,太阳能光热复合催化技术是一种可以同时利用光和热产生热量并降解甲醛的高效技术。分别将热催化、光热复合催化百叶技术应用到Trombe墙系统,实现采暖的同时,能够利用太阳光降解室内气态污染物。建立热催化、光热复合催化百叶Trombe墙传热传质模型并进行实验验证,基于模型探究热催化百叶Trombe墙和光热复合催化百叶Trombe墙在南京和北京冬至日（9:00—17:00）气象参数下百叶全天最佳调控策略。结果表明,建立的传热传质模型预测与实验数据符合度较高。同一百叶Trombe墙系统,不同地区的最佳百叶角度不同;对于热催化百叶Trombe墙,南京全天最佳百叶角度下,产生的热量和干净空气量分别为5.6 MJ/d、196.7 m³/d,北京分别为4.6 MJ/d、167.9 m³/d;对于光热复合催化百叶Trombe墙,南京全天最佳百叶角度下,产生的热量和干净空气量分别为6.7 MJ/d、205.6 m³/d,北京分别为5.4 MJ/d、174.8 m³/d;在全天最佳百叶角度调控策略下,其南京冬至日产生的热量和干净空气量分别为热催化百叶Trombe墙系统的1.20倍和1.05倍;系统位于北京时,分别为热催化百叶Trombe墙系统的1.17倍和1.04倍。
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  椭圆扭曲管能量回收器性能数值模拟及其节能应用

  王雨婷, 朱冬生, 叶周, 吴子龙

  新能源进展. 2024, 12(1): 48-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.006

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  为解决目前传统新风系统常用的纸芯能量回收器存在新风、回风交叉污染及能量综合回收率低的问题,将椭圆扭曲管应用于空调新风系统,基于铝合金传热元件研发了一种新型高效的能量回收器。设计椭圆扭曲管和圆管两种不同结构的能量回收器,应用Fluent软件进行数值模拟,对比分析其换热和流动性能,并对其应用于空调新风系统的节能效果进行分析。结果表明,相对于圆管能量回收器,空气在通过椭圆扭曲管能量回收器时壳程温度下降得更快,管程温度提升也更快,换热系数更高,换热效果更好,尤其是处于夏季工况时换热效果较为明显。增设了能量回收器的新风机可以有效提升室内环境的舒适性,在夏热冬冷和寒冷地区节能效果显著。
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  三维变形管MVR蒸发器用于纤维素生产末端废水零排放项目

  涂爱民, 陈二雄, 黄炫杰, 朱冬生, 刘世杰

  新能源进展. 2024, 12(1): 57-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.007

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  蒸发器的换热性能对机械蒸汽再压缩（MVR）系统投资及运行均有着重要影响。MVR蒸发器的管内传热与压降性能在基于三维变形管和直圆管的情况下存在明显差异。建立了考虑盐水浓度修正的三维变形管MVR蒸发器性能准则关联式,设计一套用于纤维素生产末端废水零排放项目的新型蒸发器。应用实践表明,相对于传统直圆管的MVR蒸发器,基于三维变形管的新型MVR蒸发器节材节能效果显著,其在节省29%换热面积的情形下仍能完全满足工程实际需要。在现场调研期间MVR系统处理每吨废水的压缩机耗电量在18.81 ~ 23.78 kW∙h之间,体现出新型蒸发器高能效的技术特性,极具应用推广价值。
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  生物质活性炭的制备及其在有机废水处理中的应用

  范炜林, 王闻, 余艳鸽, 亓伟, 王树加, 孔德安

  新能源进展. 2024, 12(1): 65-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.008

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  生物质活性炭是一种功能性多孔碳材料,以高碳生物质资源作为原料,经炭化、活化加工制成,具有原料来源广、表面官能团与孔结构丰富、吸附性能与改性潜力优良等特点。近年来许多学者以生物质为原料制备了功能多样的活性炭,实现了活性炭在多种有机废水处理场景的应用,对有机废水的处理取得了显著的成果。综述了活性炭制备过程中常用的炭化和活化方法,对比分析了表面酸碱改性、氧化与还原改性、金属负载改性、微生物负载改性等活性炭改性方法,总结了活性炭在吸附净化、絮凝沉降、厌氧消化、生物滤池与人工湿地过滤等有机废水处理场景的应用,并对活性炭制备技术发展前景做了展望。
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  基于风光互补发电系统的压缩空气混合储能系统容量优化

  虞启辉, 高胜昱, 孙国鑫, 刘晓辉

  新能源进展. 2024, 12(1): 74-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.009

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  压缩空气储能系统可以有效减少因风能和太阳能随机性造成的弃风弃光现象,但其动态响应时间长,且存储规模配置不合理会影响其发展。为此首先提出液流电池与压缩空气储能组成混合储能系统解决并网型风光互补发电系统输出波动不稳定的问题;其次基于典型小时负荷、风力机发电功率和光伏发电功率,针对不同场景,以系统最大收益为目标函数,利用猫群算法优化压缩空气储能系统的容量配置;最后分析压缩空气储能系统的额定容量与额定功率对系统最大收益的影响,验证算法可靠性。结果表明,基于风力机与光伏系统的装机功率分别为20 MW和3.42 MW的场景,压缩空气储能系统容量配置为4 MW和46.5 MW∙h时,其经济性最佳,每周可节约购电成本183 688.24元,周最大收益为30 543.86元。
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  质子交换膜燃料电池金属双极板流道结构及制造工艺

  王瑞川, 张杰, 王继

  新能源进展. 2024, 12(1): 82-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.010

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  金属双极板因具有强度高、导电性和传热能力好、能量损失小、密封性好等优势,且加工方便、加工成本低、可制造超薄厚度及高体积比功率等特性,逐渐成为双极板材料的首选,而流道结构设计和制造工艺是影响金属双极板成形质量和工作性能的关键。对比了金属双极板常用传统流道结构与新型流道结构,分析了结构变化对燃料电池性能的影响;梳理了金属双极板的冲压成形、液压成形、软膜成形、辊轧成形、电磁成形、特种成形等塑性成形工艺技术及成形装备;最后对金属双极板的流道结构设计与制造工艺进行了展望。
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  含动力学抑制剂的四氢呋喃水合物形成过程及盐效应

  万丽, 任梦萍, 姜斯璆, 刘雅琴, 戴益民, 梁德青

  新能源进展. 2024, 12(1): 91-97. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.011

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  采用四氢呋喃水合物晶体生长法研究了聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯基己内酰胺（PVCap）两种动力学抑制剂（KHIs）的性能及盐（NaCl）的存在对其性能的影响,结果发现4% NaCl的添加显著提高了抑制剂体系的最大过冷度并延长诱导时间,使得抑制剂在低过冷度下仍具有较好抑制作用,表明盐与两种传统抑制剂具有较强的动力学协同抑制效应。同时,通过紫外可见分光光度计分析不同体系中水合物生长过程液相KHIs浓度随时间的变化规律,发现水合物成核诱导期液相浓度均无明显变化,但随着水合物生长,液相中PVP浓度匀速下降,而PVCap浓度变化不明显。表明抑制剂分子可能通过与水相互作用扰乱整体水结构从而抑制水合物成核,而在生长期则主要通过与水合物晶体结合阻碍水合物生长。相比PVP体系成核后大量的水合物生长,PVCap只需更少的量便可作用于水合物,表现出更好的抑制作用。
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  玉米秸秆和海藻共热解特性研究

  曹乾坤, 王茜, 王睿

  新能源进展. 2024, 12(1): 98-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.012

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  为解决陆地生物质资源短缺,开发水生生物质有效替代部分陆地生物质迫在眉睫。通过热重法研究玉米秸秆和海藻共同热解的特性,重点考察掺混比例和升温速率的影响,并对混合样品的热力学特性和动力学特性进行分析。结果显示,热解分为干燥、挥发分析出及焦炭热解三个阶段。掺配后的混合样品最终失重率与最大失重速率均小于纯秸秆与纯海藻。随着海藻掺配比例的增加,可燃性指数Ca先增大后减小,燃尽特性指数K递减,热解特性指数S先增大后减小。不同升温速率工况下,在热解区间（200 ~ 600β℃）,随着升温速率的升高,样品的热重曲线右移,失重率越来越大,最大失重速率先减小后增大,30β℃/min时最小。Ca在递减,K、S呈增加趋势。动力学研究结果表明,不同掺配比例工况下,混合样品存在明显的协同作用,降低了共热解所需活化能。在不同升温速率工况下,升温速率越大,所需要的活化能越小,样品越容易发生热解。
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  AB₅型固态金属储氢系统吸/放氢特性实验研究

  刘振安, 柴牧, 高翎玮, 谭家辉, 吴岱丰, 何宽芳, 蒋勉

  新能源进展. 2024, 12(1): 106-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.01.013

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  为研究AB₅型固态金属储氢系统在不同温度和压力条件下的吸/放氢性能,搭建小型固态金属储氢罐实验平台,设计不同温度及压力条件下的吸/放氢循环实验,利用循环水浴系统构造换热环境对固态金属储氢罐进行循环换热,测试吸/放氢压力和温度等关键操作参数对AB₅型固态金属储氢系统吸/放氢性能的影响。结果表明：在达到相应吸氢反应平衡压力的条件下,较高的吸氢压力和温度对吸氢效率均具有促进作用,同时,较高的吸氢压力会加剧系统主要吸氢阶段的化合反应,伴有强烈的热交换行为,且维持不同放氢压力条件下的持续放氢需达到相应的放氢温度;同一压力条件下,较高的放氢温度可提高系统的放氢效率,使系统内部氢气压差达到相应放氢条件以维持系统持续稳定放氢的需求。上述结论可为AB₅型固态金属储氢系统的研究提供参考。