2024年, 第12卷, 第2期　
刊出日期：2024-04-30

  

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  带伴流的合成气微混火焰特性研究

  刘海清, 吕亚锦, 张林瑶, 邢畅, 刘栗, 邱朋华

  新能源进展. 2024, 12(2): 117-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.001

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  选用等体积比的CO和H₂合成气为燃料,研究伴流微混单喷嘴的火焰结构。在Fluent平台上,采用稳态不可压的N-S方程进行求解,探究不同出口流速和当量比对微混单喷嘴火焰结构的影响。结果表明：OH的分布与高温区域基本重合,且化学反应释热率与OH高浓度区域相一致。随当量比增加,空气侧流速降低,火焰前缘逐渐相连,最终火焰附着在喷嘴出口;喷嘴出口流速的增加则强化了射流夹带作用,使其携带环境中的HO₂和O₂,迅速将H氧化为OH,从而收缩反应区域厚度;伴流作用促进CO氧化生成HCO的过程,降低主燃火焰向环境散热。
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  海上风电单柱复合筒型基础复合加载条件下的承载特性

  张浦阳, 郭文俊

  新能源进展. 2024, 12(2): 124-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.002

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  为研究新型海上风电单柱复合筒型基础在二维复合加载条件下的承载特性,利用有限元模型计算,首先得到模型在一维荷载空间下的极限承载力,随后通过施加不同的竖向荷载,得到在V-H、V-M、V-H-M荷载空间下的承载能力包络图,并分析不同二维荷载工况下的单柱复合筒型基础各位置处的土压力分布情况以及筒体底部等效塑性应变区的变化情况。结果表明：对于单柱复合筒型基础,在一定范围内,竖向荷载（0 ~ 0.15 倍竖向极限承载力）的存在能够增大结构的水平及弯矩承载力;在V-H与V-M荷载空间中,基础各位置处的土压力变化、土体等效塑性应变变化具有一定的相似性,可互相对映参考;基础所承受的最大土压力位置与基础受力倾倒方向一致;随着竖向荷载的增加,结构达到极限承载力时,基础底部土体等效塑性应变区的范围与深度相应扩大。
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  高电流密度PEM水电解OER催化材料研究现状与分析

  王志达, 卢卓信, 史言, 郭常青, 谭弘毅, 申丽莎, 涂志明, 闫常峰

  新能源进展. 2024, 12(2): 133-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.003

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  因强酸性、高过电位以及强氧化环境等问题,商业化质子交换膜（PEM）水电解析氧（OER）阳极需采用高载量的贵金属材料,且目前尚无替代的非贵金属催化剂,导致成本居高不下。以高电流密度（HCD）提升功率密度是PEM水电解未来发展趋势,但随着电流密度升高,水电解反应过电位也近似线性增长,需要催化材料更高的电导率和更快的物质运输,以降低电流和电解效率的损失。因此,开发高性能OER催化剂对推动PEM水电解制氢产业的发展意义重大。介绍了PEM水电解与可再生能源的契合性,从OER四电子反应机理出发,揭示OER催化剂研究意义;结合已有的研究报道,从形貌尺寸、表面结构、传电能力、电化学反应微环境等四方面,分析了高电流密度下OER催化材料的研究现状及其提高PEM水电解传输效率的原因;对高电流密度PEM水电解OER催化材料未来的发展趋势提出建议并进行了展望。
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  多通道平行流扁管-紧凑式翅片相变蓄热器蓄/放热性能

  杜慧婷, 刁彦华, 赵耀华, 王泽宇, 王国珍

  新能源进展. 2024, 12(2): 141-150. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.004

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  工业余热浪费严重、利用率较低且实际应用过程中受到时间和空间的限制,需要高效蓄热技术和装置来解决此类问题。提出一种将多通道平行流扁管与紧凑式翅片相结合的新型相变蓄热器,以水为载热流体,月桂酸为相变材料。实验研究了载热流体注入方式、流量、入口温度对蓄热器蓄/放热性能的影响,并分析小温差下蓄热器的传热特性。结果显示,该蓄热器相变材料填充率为82.5%,紧凑式翅片的采用极大强化了相变材料侧换热过程,蓄/放热性能优良。当载热流体入口温度分别为45β℃和41β℃时,相变材料约在270 min和75 min完成相变,最小蓄/放热温差可达2β℃,最小温差时的平均蓄热比功率为25.18 W/kg,平均取热比功率为20.23 W/kg。
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  木质素衍生酚类化合物催化加氢脱氧制备液体燃料研究进展

  舒日洋, 黄凯越, 蔡伟通, 田志鹏, 王超, 陈颖

  新能源进展. 2024, 12(2): 151-159. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.005

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  生物质中的木质素衍生酚类化合物具有含氧量高、稳定性差等缺点,通过加氢脱氧反应提质可以制备高品质生物液体燃料,对双碳目标的实现有重要的现实意义。综述了近年来用于木质素衍生酚类化合物反应的金属负载型催化剂,首先从单金属和双金属组分的角度分析金属间协同效应对加氢脱氧反应性能的影响。然后,针对金属位点特性对加氢脱氧反应的影响,讨论金属粒度、金属分散度和单原子金属催化剂的催化活性,阐明金属位点特性的影响因素,及其对加氢脱氧反应机理的影响机制。随后,基于载体对金属位点的影响,探讨载体特性与金属位点特性的关联因素,揭示载体对金属活性位点的影响机制。最后,对金属负载型催化剂的发展方向进行展望。
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  超长重力热管联合热泵的地热利用系统热力经济性分析

  蔺维杰, 岑继文, 蒋方明

  新能源进展. 2024, 12(2): 160-168. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.006

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  深层地热资源储量巨大,采用超长重力热管取热技术对深层地热资源进行开采,将其与热泵系统联合为用户供热是一种高效利用深层地热资源的方法。针对如何调节不同参数下超长重力热管与热泵联合运行以期获得最佳热力经济性的问题,建立了系统热力经济性模型,研究了热泵系统蒸发温度、超长重力热管热阻、井深、地温梯度以及蒸发器面积不同的情况下系统热力经济性变化规律。结果表明存在一个最佳蒸发温度使供热成本最低,如在地温梯度30 ℃/km、井深3 000 m的条件下,最佳蒸发温度为 -2 ℃;超长重力热管热阻越小或地温梯度越大时可实现供热成本越低且最佳蒸发温度越高;存在最佳的井深和蒸发器面积使得供热成本最低。研究结果可为优化超长重力热管在开采深层地热联合热泵系统性能方面提供理论指导。
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  基于纤维素/木聚糖/木质素炭材料的电化学性能研究

  李亚敏, 王双, 顾玥, 谭晓逸, 谭军

  新能源进展. 2024, 12(2): 169-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.007

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  生物炭材料在储能领域具有广阔的应用前景。为探究生物质原料对生物炭电化学性能的影响,以纤维素、木聚糖和木质素这三种常见的生物质模型化合物为原料,首先采用热解技术在管式炉中分别制备出三种不同类型的焦炭,并利用热重分析生物质原料的热失重特性。实验发现,三种原料的热重/微分热重曲线存在显著区别。之后针对这三种焦炭的石墨化情况及其作为负极材料的电化学性能进行了系统研究。X射线衍射测试结果显示三种焦炭的石墨化结晶非常相似。电化学测试结果表明,纤维素炭负极的储钠容量最高,且具有优良的倍率性能和良好的恢复性。
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  基于格子玻尔兹曼方法的梯度化扩散层降解研究

  齐丽霞, 许浩锴, 董晓燕, 秦世位, 王誉霖

  新能源进展. 2024, 12(2): 175-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.008

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  采用随机算法重建了不同老化程度的梯度化气体扩散层二维微观结构。随后,采用多相伪势格子玻尔兹曼方法,研究不同降解程度的梯度设计扩散层内液态水的传输行为。结果表明,随着扩散层降解的加剧,扩散层排水性能显著降低,大量液态水残留在扩散层内。此外,梯度化设计的扩散层在进口区域初始分布较多聚四氟乙烯有利于扩散层的水管理,同时在老化后还具有较高的毛细压力进而控制水驱面积,展现出较高的排水性能及抗老化性能。研究结果可为制作高抗老化性能和高排水性能的扩散层提供研究基础和设计思路。
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  二氧化碳资源化利用研究进展

  姚炜珊, 侯雅磊, 魏国强, 张声森, 杨希贤, 邓丽芳, 许仕博

  新能源进展. 2024, 12(2): 182-192. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.009

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  温室气体的大量排放导致的气温升高、冰川融化、极端天气等气候环境问题日益严重。“碳达峰、碳中和”背景下开展二氧化碳捕集与资源化利用研究是改善生态环境、优化能源结构、推动国内产业升级和构建绿色循环经济的有效途径。分别从物理利用、化学利用及生物利用的角度综述了当前二氧化碳资源化利用研究进展,解析了主要资源转化技术特点及优势与不足。重点阐述了二氧化碳加氢催化、高温化学链裂解、光催化等资源转化技术特点及影响机制,归纳了催化剂在不同体系中的作用机理,展望了具有应用前景的二氧化碳资源化利用途径。
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  面向实车应用的锂离子电池系统温度采集技术

  黄红光, 王清泉, 曾勇

  新能源进展. 2024, 12(2): 193-200. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.010

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  电池模块的温度采集准确性是影响电池管理系统（BMS）控制策略,关系到动力电池安全和寿命的重要因素。为准确采集锂离子电池在实车应用过程中的温度,设计一个2P8S电池模块,选取模块的两个电芯,在其不同部位及其对应的高压铝排上布置温度传感器。通过搭建实验平台,将电池模块分别放置于25 ℃和0 ℃的环境温度,对电池模块运行整车常用工况电流,研究各温度采集点的温升表现和规律。结果表明,对于方壳电芯和圆柱电芯,温度传感器布置在高压铝排上是相对最优解。对于软包电芯,温度传感器布置在电芯本体表面更为合适。
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  罗家寨气田CO₂地质封存数值模拟研究

  罗瑜, 母若愚, 张婷婷, 秦楠, 周俊豪, 甘泉, 李波

  新能源进展. 2024, 12(2): 201-208. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.011

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  基于罗家寨嘉陵江组建立三维地质模型,利用FLAC3D-TOUGHREACT模拟评估了CO₂注入地层后的地质压力、储层物性变化和CO₂运移规律等。结果表明,在CO₂注入的10年间,CO₂的注入提高了整个地层压力,高压场以注入井为中心呈现梯度递减向四周扩大。储层的孔渗性随着CO₂的注入逐渐增大,而盖层物性未发生明显变化。CO₂羽流主要在中间储层中运移,未突破上下盖层。此外,通过模拟研究发现嘉陵江组的CO₂总封存量为3.211×10⁷ kg。结果说明嘉陵江组所选层位可有效封存CO₂。
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  甘蔗渣的碱催化甘油水溶液预处理

  王晨, 宋国杰, 孙海彦, 闫俊书, 宦海琳, 窦少华, 孙付保

  新能源进展. 2024, 12(2): 209-215. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.012

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  建立了一种木质纤维素的碱催化甘油水溶液预处理方法以期选择性分离组分和提高底物的可酶解性。实验确定了碱催化甘油水溶液预处理甘蔗渣的条件为：温度180β℃、NaOH添加量7%、反应时间45 min以及甘油水溶液浓度80%。在该条件下,甘蔗渣的纤维素和半纤维素保留率分别为93.0%和83.4%,而木质素脱除率接近80%,达到了理想的组分分离效果。预处理后底物（20 g/L）在CTec 2酶载量10 FPU/g干基下水解72 h酶解率为79.6%,表明预处理后底物具有较好的可酶解性。利用现代分析技术解析了甘蔗渣预处理前后的组成结构演变规律,初步探明了碱催化甘油水溶液预处理有效提升生物质原料可酶解性的原因。
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  快速充电锂离子电池电解液研究进展

  殷志刚, 吴宁宁, 曹敏花, 张硕

  新能源进展. 2024, 12(2): 216-226. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.013

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  提高锂离子电池快速充电能力是当前电池发展的重要方向。快速充电电池应具有优异的锂离子扩散能力,其开发需要从正极和负极角度选择合适材料,同时也要考虑电解液对快充性能的影响。基于现有文献资料,从多维度出发概括总结了开发具有快充性能电池的方法,包括改善电解液的扩散性能,降低去溶剂化势垒和改善固体电解质界面（SEI）膜性能。低熔点溶液、高溶质浓度、高离子迁移数均能改善电解液扩散性能,提高电池的快充性能。选择低溶剂化结合能电解液能够提高电池快充性能。电解液溶剂的选择、溶质浓度的改变、电解液添加剂的加入均能改善负极SEI膜的性质进而提高电池快充性能。电解液开发和创新是快充电池性能提高的关键要素。
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  退役三元锂电池回收方法的生命周期评估

  石梦琰, 张冠华, 杨寒雪

  新能源进展. 2024, 12(2): 227-234. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.014

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  开发了一个生命周期评价框架,分析使用中国工厂实施的传统湿法冶金技术回收镍钴锰（NCM）和镍钴铝（NCA）电池对环境的影响。结果表明,回收NCA电池带来的温室效益类指标要低于NCM电池,但其淡水生态毒性、人类致癌毒性、海洋生态毒性这三个指标却高于NCM电池,因此传统的湿法冶金方法需要被完善。两种电池的回收过程对环境的影响均为负增长,而且在回收最开始的阶段对环境影响最大。研究结果可为动力电池回收企业技术更新提供参考。
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  基于LQR的三有源桥变换器控制

  解非, 王浩, 舒杰

  新能源进展. 2024, 12(2): 235-240. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.015

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  针对三有源桥变换器解耦控制中工况远离稳态点解耦矩阵变化时控制性能较差的问题,提出一种基于线性二次型调节器（LQR）的三有源桥变换器控制方法。通过电路等效变换和端口功率传输方程建立状态空间模型,进一步设计基于状态反馈的LQR控制方法,在实现功率潮流控制的同时保持端口电压的稳定,通过仿真控制验证所提出方法的控制性能,对比传统PI解耦控制,在工况变化时,该控制方法具有更好的动态性能。