2024年, 第12卷, 第3期　
刊出日期：2024-06-30

  

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  吡咯基三嗪聚合框架用于固相转变硫聚物正极性能研究

  易义坤, 李明涛

  新能源进展. 2024, 12(3): 241-248. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.001

  摘要 ( 30 ) PDF全文 ( 481 ) HTML ( 12 )   可视化   收藏

  针对锂硫电池存在严重穿梭效应的问题,硫物质的固相转变可有效消除多硫化锂在液相中的溶解扩散。以聚丙烯腈为代表的常规链状聚合物可通过共价结合短链硫实现固相转变,然而往往受到硫含量低、倍率性能差的限制。通过氰基三聚与吡咯自由基聚合构筑了吡咯基三嗪聚合物框架（P-CNPy）,其硫含量较高,达到47%。电化学测试结果显示硫聚物正极具有优异的循环稳定性与倍率性能,0.2 C循环500次平均容量衰减仅为0.03%,4 C时可逆容量仍保留580 mA∙h/g。该方法可为高性能二维框架结构硫聚物正极的设计应用提供指导。
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  热化学碘硫循环制氢中硫酸分解器结构设计与模拟研究

  别亦然, 何勇, 李明阳, 翁武斌, 王智化

  新能源进展. 2024, 12(3): 249-259. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.002

  摘要 ( 35 ) PDF全文 ( 544 ) HTML ( 17 )   可视化   收藏

  硫酸分解是影响热化学碘硫循环制氢效率的关键环节。通过数值模拟方法设计了一款满足1 m³/h制氢量要求的中试规模的刺刀式硫酸分解器。首先开展实验测定了Fe₂O₃催化剂的反应动力学参数,其中指前因子和活化能分别为1.439 × 10⁷ s^-1和125.63 kJ/mol。然后对三种结构形式的硫酸分解器进行模拟对比。结果表明,刺刀式硫酸分解器中“半截面积”内管形式比“半直径”形式具有更强的传热效果,可将分解器预热段长度缩短43.27%,达到相同分解率时催化剂用量减少23%。而结构三在“半截面积”内管形式的基础上向预热段填充SiC小球,进一步优化了预热段传热效果,预热段长度可缩短70.51%,并且SiC小球所引起的压降和能耗增加相对较小。对比发现,当预热段长度为870 mm、催化分解段长度为333 mm时,结构三表现出最佳的经济性能,此时SO₃催化分解率达到73.73%,对应H₂的理论产率为1.228 8 m³/h。当分解器外壁面加热温度降低到860 ℃时,SO₃分解率降至60%,恰好对应H₂的理论产率为1 m³/h。该研究可为中试规模硫酸分解器的设计提供参考。
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  无钴富镍正极材料的火焰辅助喷雾热解合成与性能研究

  陈国徽, 王君雷, 李世龙, 李金宇, 徐运飞, 王昆

  新能源进展. 2024, 12(3): 260-268. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.003

  摘要 ( 45 ) PDF全文 ( 399 ) HTML ( 23 )   可视化   收藏

  锂离子电池富镍三元正极材料因其成本低、容量高的优势受到广泛关注,受限于钴的高毒性、低储量,富镍正极材料无钴化成为锂离子电池未来的发展趋势。传统液相法制备无钴富镍材料存在步骤繁琐、耗时长、副产物多等问题。火焰辅助喷雾热解（FASP）方法可一步合成正极材料,具有设备简单、耗时短、环境友好等优点。采用FASP方法制备LiNi_0.8Mn_0.2O₂（NM82）无钴富镍正极材料,探究合成条件对NM82结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明,FASP可一步合成NM82正极材料,且其在载气流速1.5 L/min、锂过量10%、退火温度800 ℃条件下的锂镍混排水平最低,放电比容量最高,在0.1 C倍率下达到180.2 mA∙h/g。
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  纳米多孔碳孔径对SrBr₂化学蓄放热性能的影响

  吴佳涛, 曾涛, 李军, 邓立生, 黄宏宇

  新能源进展. 2024, 12(3): 269-275. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.004

  摘要 ( 24 ) PDF全文 ( 522 ) HTML ( 11 )   可视化   收藏

  溴化锶（SrBr₂）被认为是化学蓄热领域最有前景的材料之一。为探究载体孔径大小对SrBr₂蓄放热性能的影响,分别以孔径为10、30、50和100 nm的纳米多孔碳（NCP）为载体,采用浸渍法制备多孔碳基SrBr₂复合材料。通过XRD、SEM和BET对复合材料的微观形貌结构进行表征,并通过水合实验和同步热分析对其蓄放热性能进行测试。结果表明,复合材料的吸水量和蓄热密度随孔径先增大后减小,存在最优载体孔径。其中,NCP50-SrBr₂具有最优的平衡吸水量和蓄热密度,分别为0.703 g/g和1 198.62 kJ/kg。NCP50-SrBr₂表现出更快的反应速率,在水合反应30 min后蓄热密度可达945.34 kJ/kg。研究结果可为纳米尺度定向调控化学蓄热材料性能提供理论依据。
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  PEMFC扩散层中气体组分反应和传递格子Boltzmann模拟

  邬芊申, 魏光华, 王思茗, 张朝阳

  新能源进展. 2024, 12(3): 276-284. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.005

  摘要 ( 54 ) PDF全文 ( 427 ) HTML ( 25 )   可视化   收藏

  通过格子Boltzmann方法中的多组分Shan-Chen模型对燃料电池气体扩散层与双极板流道特征结构进行模型构建,探究不同孔隙率、压缩比以及积水液滴位置对质子交换膜燃料电池（PEMFC）内气体组分传递的影响。模拟结果发现小孔隙率会造成气体的堵塞,影响传质效率,而气体扩散层的压缩效应导致结构变形进而造成气体在流道进口处的堵塞;压缩导致气体通道变得狭窄,促进氧气接触下部的催化层发生反应,流道附近的反应强度会随着压缩比的增加而增加;当积水液滴位于扩散层中部时,其能够将部分的反应气体引导到催化层处,从而增加反应气体的浓度;而位于底部的液滴会将催化剂覆盖从而阻碍催化反应的进行。
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  发酵罐内通入空气去除H₂S同步提升产甲烷效率研究

  姜彭午, 乔玮, 段利娟, 赵明曦, 侯旭峰, 董仁杰

  新能源进展. 2024, 12(3): 285-293. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.00.006

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  餐厨垃圾高温厌氧消化沼气中含有高浓度的H₂S,在使用前需要将其去除。对连续运行了230 d的高温厌氧消化反应器进行研究,考察了不同有机负荷、通入空气量和沼气顶空循环对H₂S去除效果的影响,并分析了向反应器顶空通入空气后厌氧消化性能的提升效果。实验发现,在水力停留时间15 d和沼气顶空停留时间2.8 h的条件下,恒流量连续通入3倍理论空气量可去除78%的H₂S。进一步采用沼气顶空循环,H₂S体积分数从平均0.2%下降至0.01%以下,去除率达到95%。在通入空气的工况下,餐厨垃圾高温厌氧消化的甲烷产率提高了8.5%,达到310 mL/g（以COD质量计）;沼气容积产气率提高了10.5%,达到4.2 L/(L∙d)。乙酸和丙酸的浓度与对照反应器相比没有显著变化,均维持在较低浓度水平。总体而言,在反应器内脱除H₂S的工艺方法操作简便,成本低廉,具有广阔的工程应用前景。
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  多孔氮氟共掺杂碳气凝胶的制备及其在锂硫电池中的应用

  徐伟君, 胡金龙, 余德馨, 傅儒生, 张灵志

  新能源进展. 2024, 12(3): 294-302. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.007

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  锂硫电池以其超高的理论能量密度,已成为最具发展潜力的新一代电化学储能技术,但硫正极存在电导率低、体积膨胀、多硫化物穿梭效应等技术瓶颈问题,制约了其实际应用。通过甲醛和3-氨丙基三乙氧基硅烷的醛胺缩合和溶胶-凝胶化反应合成了席夫碱二氧化硅凝胶,经与聚四氟乙烯乳液冷冻干燥、热处理同步刻蚀二氧化硅以及碳化制备了多孔氮氟共掺杂碳气凝胶（NF-CA）。以NF-CA为载体制备的NF-CA/S正极材料表现出优异的循环性能和倍率性能,0.2 C循环初始放电比容量高达1 322 mA∙h/g,1 C循环200圈可逆比容量可保持564 mA∙h/g,2 C倍率下可逆比容量高达598 mA∙h/g。
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  电动汽车热管理系统集成技术研究进展

  阮先轸, 孙玲玲, 姚孟良, 梁嘉林

  新能源进展. 2024, 12(3): 303-312. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.008

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  热管理技术是保证电动汽车的安全性、舒适性和经济性的关键技术之一。首先总结了几种主流的电动汽车热管理系统方案,并对其特点进行分析;其次根据集成程度将其划分为三种方案,分别介绍不同集成方案的设计思路和优缺点;最后对电动汽车热管理系统发展方向进行展望,指出集成模块平台化、系统控制智能化、能量管理一体化是未来电动汽车热管理技术的趋势,并强调需对采用环保制冷剂的热管理系统集成制定相应对策。
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  地热水回灌耦合CO₂地质封存数值模拟

  罗亚南, 蒋坤卿, 黄思浩, 冯波, 卜宪标

  新能源进展. 2024, 12(3): 313-322. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.009

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  溶解封存可有效解决CO₂地质封存的泄漏问题,但地下溶解耗时长,地表溶解成本高。提出将地热水回灌和CO₂地质封存耦合,采用CO₂和水在回灌井一定深度混合的方法,促进CO₂溶解、降低溶解成本。建立了CO₂-地热水-盐在井筒和地层的多相流模型,对不同CO₂注入速率、混合深度、储层渗透率条件下的井口压力和储层运移情况进行模拟。结果表明：（1）注CO₂和水质量比例较小时,随CO₂注入速率增加,注水和CO₂压力分别维持在1.0 MPa和4.3 MPa左右;当CO₂和水质量比例大于储层条件下CO₂饱和浓度时,注入压力大幅度增加,游离态CO₂在储层上方积聚;（2）混合深度在390 ~ 650 m之间时,注水压力保持稳定;随混合深度增加,注CO₂压力逐渐增加;（3）随着水平渗透率和垂直渗透率比值逐渐增大,注水和注CO₂压力以及储层压力均减小,碳酸水在储层顶部和底部运移距离的差值逐渐增大。该方法可充分利用地热回灌水实现CO₂地质封存同时降低溶解功耗。
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  合成气制低碳烯烃催化剂研究进展

  武小燕, 赵伟娜, 魏国强, 杨希贤, 邓丽芳, 谢君

  新能源进展. 2024, 12(3): 323-335. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.010

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  低碳烯烃是现代化学工业的基石,其核心产品是合成纤维、塑料、橡胶等高分子材料极为重要的中间体,低碳烯烃的产量是衡量一个国家石油化工行业发展水平的重要标志。对合成气制低碳烯烃的主要工艺路线进行综述,归纳合成气经费托合成及双功能催化体系制备低碳烯烃的主要反应机理,详细讨论了不同工艺路线的催化剂的研究进展,并总结合成气一步法制备低碳烯烃产物影响因素,解析了不同催化剂的失活机理,最后对未来高效催化剂的发展方向进行展望。合成气制低碳烯烃催化剂的高速发展,可为我国“双碳”目标约束条件下由生物质经非石化路线制备低碳烯烃提供理论支撑。
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  基于差分进化的塔式太阳能定日镜场布局优化

  姜香菊, 李思凡, 王瑞彤

  新能源进展. 2024, 12(3): 336-342. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.011

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  为提高塔式太阳能的辐射反射效率和发电性能,需要对定日镜场进行布局优化。采用日平均年光学效率的方法,计算分析定日镜年均余弦效率、大气衰减效率、截断效率及最大光学效率,为后续定日镜场的布置及优化提供评价指标。以西班牙Gemasolar塔式电站为例,采用密集campo的布置方法进行镜场初始化,验证了布置方法的高光学效率和高可靠性。采用差分进化算法对镜场进行优化,镜场年均综合效率由56.99%提高至59.03%,提升了3.58%,验证了该方法的有效性。
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  基于Dymola的太阳能-热泵双水箱复合供暖系统参数优化设计

  魏娟, 张雪晶, 陈廷敏, 刘永, 王新岭

  新能源进展. 2024, 12(3): 343-352. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.012

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  为降低西北地区居民使用太阳能复合供暖系统的经济成本和碳排放量,并提高太阳能利用率,设计一种太阳能-热泵双水箱复合供暖系统,并优化其重要参数。利用Dymola平台,搭建太阳能-热泵双水箱复合供暖系统模型,目标函数是系统全生命周期成本,选取太阳能集热器面积、集热器安装倾角、水箱容量和热泵功率作为优化变量,采用遗传算法同步优化系统所选变量,并对系统的环保性进行分析。以宁夏地区为案例进行优化计算,结果表明,所创建的数学模型准确性较好,比较模拟数据与实验数据,二者平均误差均在 ±8%以内。在系统15年寿命周期内,优化后系统性能系数提高10.3%,水箱平均温度提高至54.71 ℃,系统生命周期成本减少5.3%,节能率为24.4%,节能效果显著。系统的SO₂、CO₂、NO_x及烟尘的减排量分别为0.82、26.6、0.41、7.48 t,该系统可以显著降低环境影响,与传统燃煤锅炉相比减排效果显著。
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  Ba(OH)₂∙8H₂O复合相变材料蓄热供热可行性研究

  张一澍, 张文庆

  新能源进展. 2024, 12(3): 353-360. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.013

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  针对传统太阳能供热系统储热水箱体积大、储热密度低、温度不恒定、热量损失大等缺点,开展以Ba(OH)₂∙8H₂O为基体的相变蓄热/供热实验研究。在油封环境下,对Ba(OH)₂∙8H₂O放热过程出现的过冷现象,选取了同晶型成核剂Sr(OH)₂∙8H₂O、非同晶型成核剂Na₂B₄O₇∙10H₂O;对Ba(OH)₂∙8H₂O的相分层现象,选取增稠剂羧甲基纤维素、增稠剂明胶。实验表明,油封环境下向Ba(OH)₂∙8H₂O中添加质量分数为3%的Na₂B₄O₇∙10H₂O和质量分数为1%的羧甲基纤维素能够较好改善Ba(OH)₂∙8H₂O的过冷现象和相分层。以该研究为基础,制备97 kg Ba(OH)₂∙8H₂O复合相变材料,搭建相变蓄热/供热实验平台。蓄热实验中,温度曲线呈现明确的三阶段性,蓄热总时长1 185 min,相变过程首先从底部开始,并逐步向上蔓延。70 ℃以下蓄热时长为185 min,温升率高,蓄热量少。70 ~ 80 ℃蓄热时长为965 min,温升率低,蓄热量大;80 ~ 84 ℃蓄热时长为35 min,温升率高,蓄热量少。供热实验无过冷现象,供热总时长602 min,A、B、C三测点温度平缓下降。散热器供水温度范围为60 ~ 74 ℃,回水温度范围为53 ~ 65 ℃,供回水温度符合实际工程要求。供热实验表明Ba(OH)₂∙8H₂O复合相变材料在应用于蓄热供热时具有较好应用价值。
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  球形TiNb₂O₇的固相法制备和嵌脱锂离子性能研究

  李倩倩, 康宗维, 李鹏

  新能源进展. 2024, 12(3): 361-364. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.03.014

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  通过湿法研磨和喷雾干燥法制备球形前驱体,采用高温固相法合成球形TiNb₂O₇材料,并对其进行XRD、SEM表征和电化学性能测试。结果表明,制备的TiNb₂O₇是由一次颗粒组成的二次球形颗粒,平均粒径约4 ~ 6 μm,内部存在大量孔隙;以0.1 C在0.8 ~ 3.0 V电压下充放电,球形TiNb₂O₇材料首次放电比容量为316.5 mA∙h/g,首次库伦效率为99.7%,1 C倍率下经过100次循环后,容量保持率为82.0%,10 C倍率下的放电比容量为234.7 mA∙h/g,具有良好的倍率性能。