2024年, 第12卷, 第4期　
刊出日期：2024-08-31

  

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  飞灰基HZSM-5催化松木热解选择性制备芳烃

  张成博, 罗希, 屈庆熙, 牛琦, 颜丹, 周秋红, 李凯, 陆强

  新能源进展. 2024, 12(4): 365-372. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.001

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  以飞灰为原料,采用酸洗与碱熔联合预处理耦合水热法制备了飞灰基HZSM-5（FA-HZSM-5）催化剂,并应用于松木催化热解制备芳烃的研究。系统考察了FA-HZSM-5制备过程中盐酸溶液浓度、碱灰比等预处理参数对FA-HZSM-5理化特性的影响,揭示了催化剂制备条件和热解过程参数对芳烃选择性生成的调控机制。结果表明,与商业HZSM-5相比,FA-HZSM-5具有较大的孔结构以及温和的酸强度,有利于单环芳烃（MAHs）的生成,并大幅降低多环芳烃（PAHs）的产率。当盐酸浓度为10%、碱灰比为1.5、热解温度为650 ℃、催化剂/松木比为20时,芳烃产率达到最大值10.82%。其中,MAHs产率为7.65%,PAHs产率为3.17%,相较于商业HZSM-5,PAHs产率降低了26.11%。
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  生物基呋喃催化热解耦合CO₂还原制取芳烃和合成气

  陈玉, 夏声鹏, 赵坤, 郑安庆, 赵增立

  新能源进展. 2024, 12(4): 373-379. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.002

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  针对生物基呋喃单独芳构化过程中通常伴随着脱氢反应,并且考虑到CO₂单独还原成CO需要消耗大量H₂,提出一种生物基呋喃催化热解耦合CO₂还原定向制取碳负性芳烃和合成气新工艺。通过构筑分子筛负载的复合金属催化剂来同步实现2-甲基呋喃（2-MF）的高效芳构化和CO₂的活化。研究表明,HZSM-5负载Mo-Ni可以显著提高CO₂的转化率以及气体产物中合成气的选择性,分别从 -4.56%（CO₂生成速率大于其转化速率）和46.78%大幅提高至24.68%和72.28%,这归因于双金属的配位结构引入了更多氧空位,同时通过引入路易斯酸位点有效提高了催化剂的芳构化能力。研究结果可为生物质催化热解新工艺发展和催化剂设计提供理论指导。
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  愈创木酚与环戊醇烷基化-加氢脱氧制备高密度低冰点生物航油

  张嘉鹏, 庄修政, 王海永, 王晨光, 张兴华

  新能源进展. 2024, 12(4): 380-387. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.003

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  以木质纤维素为原料合成高密度低冰点生物航油,可以实现绿色低碳发展。报道了一种以木质素衍生物愈创木酚和半纤维素衍生物环戊醇为原料,经过烷基化和加氢脱氧制备高密度低冰点燃料的工艺路线。筛选出硅铝比为100的USY分子筛作为烷基化反应的催化剂,在优化工况下愈创木酚的转化率可达到97.7%,双环和三环产物的总产率为93.9%。筛选出HZSM-5和Pt/C的组合催化剂催化烷基化产物加氢脱氧,在260 ℃反应12 h,可以实现烷基化产物96.4%的转化率,双环烷烃的产率为27.7%,三环烷烃的产率为63.8%。加氢脱氧终产物的密度为0.89 g/mL,冰点低于 -65 ℃。该研究为木质纤维素衍生物合成高性能喷气燃料提供了一种简单高效的方法。
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  车用跨临界CO₂空调系统变工况火用分析

  戴春江, 李帅旗, 李江峰, 吕杰, 宋文吉, 冯自平

  新能源进展. 2024, 12(4): 388-399. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.004

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  为了确定影响车用跨临界CO₂空调系统性能的因素,构建了车用跨临界CO₂空调系统的仿真模型,并利用仿真数据对系统及各部件进行了热力学分析。研究了不同的压缩机转速、气体冷却器进风风速、气体冷却器进风温度、蒸发器进风量和蒸发器进风温度对系统火用损、火用效率和各部件相对火用损的影响。结果表明：在所研究的工况范围内,压缩机转速、气体冷却器进风风速和温度对系统火用损影响较大;系统最大的火用损来自膨胀阀,在各工况下平均占系统总火用损的36.54%,其次分别是气体冷却器、压缩机和蒸发器,分别占系统总火用损的24.24%、20.47%和18.81%;系统的总火用损随压缩机转速增加和气体冷却器进风温度升高而增大,随气体冷却器进风风速增加和蒸发器进风温度升高而减小,随蒸发器进风风速的增加先减后增;系统的火用效率随压缩机转速增加和蒸发器进风温度升高而降低,随气体冷却器进风风速增加和风温的升高而升高,随蒸发器进风风速先增后减。
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  腈基功能化有机硅氧烷成膜添加剂的合成及其在NCM811/Li电池中的应用

  孙鸳鸳, 吴海莹, 骆萱, 陈程, 闫晓丹, 郭佳丽, 张灵志

  新能源进展. 2024, 12(4): 400-407. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.005

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  设计合成了一种腈基功能化有机硅氧烷化合物2-甲基-4-(1,1,3,3,3-五甲基二硅氧烷)丁腈（DSMCN）,研究其作为电解液添加剂在高能量密度高镍三元NCM811电池中的电化学性能。利用线性扫描伏安法（LSV）测试了DSMCN的氧化电位,考察了DSMCN添加剂对富镍三元NCM811电池的循环、倍率和高温等条件下的电化学性能。在25 ℃下,NCM811/Li电池在1 C倍率下循环200圈后,容量保持率由基础电解液的80.93%提升至94.89%;在55 ℃的高温下,容量保持率从59.52%提升至88.09%。电化学阻抗谱（EIS）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等测试发现,DSMCN化合物能够在NCM811电极表面参与形成更稳定、均匀致密的正极电解质界面膜,展现出更优的电化学动力学特征,降低了界面阻抗,有利于常/高温下电极/电解液界面的Li⁺ 扩散和电荷转移,从而提高了NCM811电池的电化学性能。
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  基于双色法的碳烟火焰三维温度场计算层析成像测量

  吴雨轩, 苏海航, 蒋利桥

  新能源进展. 2024, 12(4): 408-416. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.006

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  建立了一种基于多角度火焰光学投影信号获取的三维层析重建成像算法,用于测量不规则形态火焰的三维结构。通过搭建可旋转的射流燃烧装置建立不规则轮廓非预混稳定乙烯碳烟火焰,采用单一像增强相机（ICCD）从28个不同角度依次进行火焰自发光的全波段、550 nm和650 nm窄波段投影图像采集,结合自编制的三维重建程序与修正双色法,实现了碳烟火焰三维温度场测量。结果表明,三维重构算法能够再现火焰结构与温度场三维空间分布特性,温度测量值符合层流乙烯扩散碳烟火焰温度范围,采用任意不同角度投影图像数据的数目高于15个时,重构效果最好。
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  基于卷积神经网络算法的微藻识别及生物量预测

  彭阳, 姚慎, 李奥强, 熊菲菲, 周怀春, 龚勋, 张楚萱

  新能源进展. 2024, 12(4): 417-424. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.007

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  微藻培养的生物量产率直接决定了其能源利用效率。传统的生物量测定需要依靠离线人工检测分析手段,不可避免地产生巨大的人力浪费和时间成本。基于ResNet、MobileNet以及EfficientNet三种深度卷积神经网络模型,将图像分析与微藻培养相结合,提出了一种能够识别藻种类别,同时直接通过图像信息拟合微藻图像-浓度的非线性映射关系并精确预测微藻生物量的检测方法。研究表明,三种模型对三种实验藻种（小球藻、红藻以及螺旋藻）的分类识别准确率均超过99%。其中,红藻得益于其颜色特征,具有最佳的预测表现。而ResNet对藻生物量预测性能最优,三种藻生物量在该模型下的预测决定系数R²分别为0.766 4、0.962 8和0.921 5。该方法基本满足了微藻培养过程中藻生物量的监测需求,为微藻能源化的工业过程监测提供了一种具有潜力的技术方案。
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  水基Ag-SiO₂纳米流体分频光伏/光热集热器功能单元性能实验研究

  刘仙萍, 田东, TAYLOR Robert A.

  新能源进展. 2024, 12(4): 425-430. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.008

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  以纳米流体分频的光伏/光热（PV/T）集热器能使光伏和光热模块的工作温度解耦,从而获得更高的太阳能综合利用效率。以水基Ag-SiO₂纳米流体为分频液和集热工质,设计新型的分频PV/T集热器结构,研究在Ag-SiO₂纳米流体4种质量浓度和运行条件下,分频PV/T集热器功能单元的热、电性能。结果表明：Ag-SiO₂纳米流体的质量浓度显著影响PV/T集热器功能单元的性能,质量浓度为0.025%时,综合效率约为63.21%,比水为分频流体时的综合效率提升约38.04%;得出水基Ag-SiO₂纳米流体分频时PV/T集热器功能单元的热、电效率和综合效率与不同纳米颗粒质量浓度的拟合关系式,为通过控制纳米流体质量浓度参数从而调节PV/T集热器的热、电输出提供理论依据。
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  生物质含氧有机废液水相重整制氢技术应用研究进展

  谢玲, 卢永恒, 黄嘉豪, 舒日洋, 王超, 刘建平, 田志鹏, 陈颖

  新能源进展. 2024, 12(4): 431-447. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.009

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  氢能具有清洁、环保、能量密度大、易于运输分配等优势。生物质含氧有机废液水相重整制氢技术作为一种极具前景的废液利用手段,不仅可以减轻社会能源和经济负担,还能妥善处理废液排放带来的环境污染问题。针对氢气供应和废液处理两类关乎保护环境和节约资源两大基本国策的焦点问题,综述了来自生活、农林、食品三类应用领域产生的不同生物质含氧有机废液水相重整制氢反应的研究进展;从反应的制氢性能和产物分布入手分析反应原料、条件、机制等因素对微观反应的影响,同时延伸到废液水相重整制氢技术向实际应用推广的关键问题;最后,针对现阶段生物质含氧有机废液水相重整制氢技术发展面临的主要技术瓶颈攻克提出了几点建议,并对该技术在环保和氢能低成本制备领域的发展前景进行了展望。
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  废弃风机叶片微波热解制取酚类化学品及再生纤维

  杨佳亮, 朱维强, 呼和涛力, 顾菁, 杨军, 程磊磊, 袁浩然

  新能源进展. 2024, 12(4): 448-458. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.010

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  随着风电装备更新换代和早期机组批量废弃,风机叶片新型固废产量剧增。热解是复合材料资源化利用的有效方法,现有热解相关研究以纤维材料高质回收为主,然而树脂基体热解产物缺乏分离与高值利用评价。采用微波热解反应器处理废弃风机叶片实现纤维与树脂基体高值回收,考察不同反应条件（热解温度、微波功率）对树脂基体分解效率以及产物分布的影响规律,并通过Aspen Plus软件模拟可溶性产物分馏制备单酚化合物、未分离低值组分与不凝气燃烧供热过程。结果表明,在反应温度450β℃和微波功率500 W时,环氧树脂热解可溶性产物产率最高（71%）,可直接利用单酚化合物选择性最高（60.34%）,经分离回收制备高值苯酚与异丙基苯酚。对该工艺回收废弃风机叶片进行物质流分析,评估过程经济效益,证明分离的高值单酚化合物与再生纤维可实现正向收益。
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  离子导体电解质的研究进展

  孙家骏, 丁宇, 徐丹

  新能源进展. 2024, 12(4): 459-466. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.011

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  传统固体氧化物燃料电池（SOFC）由阴极、阳极和电解质三部分组成。电解质作为SOFC的重要组成部分是离子传输的主要通道。开发具有高离子传导性的电解质是使电池获得良好性能的关键。目前电解质的研究主要集中在氧离子导体、质子导体和混合离子导体三大类。简述了近些年这三类电解质材料的研究进展,综合目前发展低温固体氧化物燃料电池的趋势,对未来电解质的发展前景进行了展望。
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  航空煤油/乙醇混合燃料荷电喷雾特性研究

  邵翔, 侯军兴, 胡文帅, 吴凯

  新能源进展. 2024, 12(4): 467-472. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.012

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  研究了航空煤油/乙醇混合燃料E0、E10、E30、E50的荷电雾化模式及特性,考察乙醇掺混比例、燃料流量、喷嘴孔径对荷电雾化特性的影响。结果表明,在0 ~ 10 kV荷电电压范围,E0燃料主要呈单一模式——液滴模式。随着荷电电压的增加,E0燃料由液滴形状转变为纺锤形状;E10、E30、E50燃料均先后出现液滴、脉冲射流、锥射流、偏射流、多股锥射流模式,其中液滴模式由液滴形状变为微液滴形状。随着乙醇掺混比例的增加,E10、E30、E50的雾化模式转变所需的临界电压逐渐减小,雾化锥角逐渐增大。随着燃料流量的增加,荷电雾化锥角逐渐增大,雾化模式转变的临界电压逐渐增加。喷嘴直径从1.05 mm减小为0.30 mm,荷电雾化锥角变化不明显。
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  扭曲椭圆管内强化传热及熵产特性

  冯俊奇, 田果, 王梦轩, 谈莹莹, 王占伟, 王林, 李修真

  新能源进展. 2024, 12(4): 473-481. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.013

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  为探究扭曲椭圆管内强化传热及熵产特性,基于实验验证,在雷诺数（Re）为710 ~ 4 790范围内,采用数值模拟方法着重分析了包含扭曲比（P/D）和长短轴比（A/B）在内的结构参数及Re对扭曲椭圆换热管内传热和流动阻力性能的影响规律,并依据熵产理论分析扭曲椭圆管内的熵产特性,以期揭示扭曲椭圆管内流体对流传热强化机理。结果表明：扭曲椭圆管内对流传热性能、流动阻力及总熵产随Re的增大而分别增大、减小及增大,随P/D的减小或A/B的增大均增大,且总熵产主要由传热过程不可逆损失引起;当A/B = 2.16和P/D = 11.90时,传热系数（h）和压降（Δp）均达到最大值;此外,当P/D = 26.33和A/B = 1.34时,总熵产最小。
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  固态电池电解质碳足迹及足迹家族

  刘子仪, 张宏亮, 李茜, 余佩雯, 黄凯, 刘磊, 郁亚娟

  新能源进展. 2024, 12(4): 482-493. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.014

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  近年来随着全球气候的变化,推动碳中和成为全球共识。固态电池由于具有安全性高、能量密度大、工作温度范围宽等优势,是未来电池发展的必经之路,而电解质是电池贡献碳足迹的主要部分。选择无机物、聚合物和复合物三类固态电解质共计22种电解质作为研究对象,对其碳足迹、水足迹、物质足迹、生态足迹和健康足迹等分别进行模拟计算,结果表明复合固态电解质、无机固态电解质和聚合物固态电解质的足迹影响值普遍遵循依次减小的规律。在所有的足迹类别中,复合固态电解质的足迹影响值均最高,不同种类无机物复合制备的电解质会对环境造成更大的影响。
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  水热型地热群井周期性采热性能演化

  刘哲, 马静晨, 王维逸, 杨茜婷, 尉小永, 黄奕斌

  新能源进展. 2024, 12(4): 494-502. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.04.015

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  水热型地热资源是一种可再生能源,可开发用于建筑物供暖并能够有效节能减排。基于光纤实时传输技术和现场实际运行参数,结合数值模拟方法对水热型地热群井采热性能开展研究,分析地热群井长期开采过程中温度场动态演化规律和可持续供暖能力。结果表明：供暖期出水温度在整个生产过程中的波动情况均较为稳定,且最低温度可达到70.7β℃;在整个开采周期内,储层内温度场的水平扰动最大范围为188.2 m,表明地热储层具有良好的可持续开采特征;30年开采周期内,地下水位最多下降了2.56 m,对当地的地下水环境影响较小;研究区地热开采系统的建筑可供暖面积介于1.82 × 10⁴ ~ 4.86 × 10⁴ m²之间,且在持续供暖周期内无明显衰减。