ISSN 2095-560X
CN 44-1698/TK
CONDEN XJIIA8
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CONDEN XJIIA8
针对锂枝晶生长问题，设计了一种磷/锡复合碳纤维骨架结构，锡作为成核位点降低锂金属成核能垒，同时磷掺杂促进锂离子的快速传输，最终成功实现锂在骨架结构内部均匀沉积，抑制锂枝晶的生长。电化学性能测试结果表明，磷/锡复合碳纤维骨架结构可以有效提高库仑效率和锂离子传质动力学，具有优异的循环稳定性和倍率性能。在1 C倍率和N/P比为2.5的贫锂条件下全电池可以稳定循环250次，平均容量衰减率仅为0.14%。该结构设计思路可以为高性能锂金属负极的设计应用提供参考。
含水合物沉积物的声学特性受到水合物饱和度和微观赋存模式、骨架颗粒排列方式和形状等因素的影响，目前尚缺少针对骨架颗粒排列方式和颗粒形状影响规律和机理的研究。基于电−力−声多物理场耦合建模方法建立了不同骨架颗粒排列方式和不同颗粒形状条件下的含水合物沉积物有限元数值模型，探讨了不同水合物分布模式和饱和度条件下骨架颗粒排列方式和形状对沉积物声速和声衰减特性的影响规律和机理。研究结果表明：（1）水合物饱和度较低时，骨架颗粒菱形排列模型中石英砂颗粒体积占比高于立方排列模型，菱形排列模型的声速相对较高；随着水合物饱和度的升高，两类模型中水合物体积占比差异随之增大，水合物在立方排列模型中的体积占比相对较高，菱形排列模型的声速增长速率较低；（2）菱形排列模型的孔隙度小于立方排列模型，声波传播过程中能量衰减较低；（3）与圆球颗粒模型相比，椭球颗粒模型包含纵横比小且数量多的孔隙，导致椭球颗粒模型体积模量较小、声速较低；（4）椭球颗粒模型中孔隙的数量较多且尺寸较小，导致椭球颗粒模型中的波能损耗低于圆球颗粒模型。研究结果可为天然气水合物储层地震勘探和声波测井数据的解释提供理论支撑。
为提高热能存储与利用的效率，探究了高效接触熔化对翅片式潜热储热器储热性能的强化特性。基于修正的等效热容法构建了考虑固体传导、自然对流和固态相变材料运动的全耦合接触熔化模型，探讨了翅片式潜热储热器中传统约束熔化和接触熔化过程的熔化前沿形貌演化行为、对流传热特性和动态传热性能。此外，深入分析了换热流体的入口温度和体积流量对高效接触熔化的影响机制。研究结果表明：约束熔化和接触熔化的早期均由热传导主导，而熔化后期约束熔化和接触熔化过程中分别诱发了自然对流和混合对流传热模式。与约束熔化相比，接触熔化的熔化速率和传热均匀性均有所改善，翅片式潜热储热器中接触熔化的完全熔化时间缩短了36.7%。入口温度的升高可以增强接触熔化的性能，但增强程度逐渐减小。随着体积流量的增加，接触熔化的传热性能得到提升，但其变化程度小于入口温度的影响。此外，存在一个临界体积流量，超过该值后，接触熔化的传热性能几乎保持不变。
锂离子电池在滥用条件下存在热失控风险，易发生燃爆事故。阻断热失控传播对于锂离子电池安全应用具有重要作用。以方形高比能147 A∙h三元锂离子电池为研究对象，采用相变隔热材料、玻璃纤维气凝胶、玄武岩纤维气凝胶等不同种类的隔热材料来抑制电池组的热失控传播，探索了隔热材料的种类及厚度对热失控传播行为的影响，同时使用商用热失控预警传感器进行监测预警。结果显示，厚度为2.5 mm的相变隔热材料和玻璃纤维气凝胶均不能阻隔热失控传播，而当使用厚度分别为2.0、2.5、3.0 mm的玄武岩纤维气凝胶时，热失控传播能被有效阻止，下游电池后表面最高温度分别为134.0、185.9、102.5 ℃，且使用厚度为3.0 mm玄武岩纤维气凝胶时，热失控预警传感器成功实现预警，此时下游电池依然具备正常循环放电能力。研究结果可为锂离子电池组的安全设计以及热失控传播阻隔技术开发提供设计依据和理论指导。
随着风电装机容量逐年攀升，退役风电叶片处理迫在眉睫。开发了一套30 kg/h处理量的连续式微波热解−氧化装置，考察了碳纤维质量分数为65%的碳纤维复合板（CFRP）在不同微波放电功率及氧化温度下碳纤维的回收率，采用热重（TG）和扫描电子显微镜（SEM）对比分析了新鲜碳纤维、热解产物及氧化产物的热失重规律与表面形貌。研究结果表明：18 kW微波放电功率条件下将CFRP热解90 min并在550 ℃氧化150 min，回收碳纤维的产品收率为63.83%；N2气氛下CFRP中环氧树脂组分的失重温度区间为300 ~ 450 ℃，空气气氛下存在366.8、435.0、561.6、870.3 ℃四个失重峰；新鲜碳纤维起始热解/氧化温度分别为650℃、600 ℃。SEM测试结果显示18 kW热解和550 ℃氧化回收得到的碳纤维表面形貌与新鲜碳纤维基本一致，表明该装置在该操作条件下能去除CFRP中的树脂，也能回收高品质碳纤维。研究结果可为退役碳纤维风电叶片回收利用工艺开发提供参考。
超高温蒸汽热泵是极具潜力的工业高温供热脱碳技术。蒸汽热泵所采用的工质日益环保，目前自然工质水和氢氟烯烃类工质成为研究焦点，其中R1336mzz-Z、R1234ze-Z、R1233zd-E最有商业化推广前景。复叠压缩、两级压缩和水蒸气再压缩是保证蒸汽热泵高温输出的主要循环形式。离心压缩机和螺杆压缩机是蒸汽热泵中应用最多和最有前景的压缩机类型。压缩机中间补气或补水技术成为降低压缩机排气温度、增强压缩机高温稳定性的有效措施。国内外蒸汽热泵机组测试结果显示，蒸汽热泵机组的制热性能系数随着温升值和输出温度的提高而降低，目前多数机组产汽温度在200 ℃以下，温升低于60 ℃，制热性能系数介于2.5 ~ 3.2之间。随着工业企业减碳技术需求大增，蒸汽热泵在我国进入快速发展的机遇期，120 ℃蒸汽热泵已成为行业主流，追求更高温度蒸汽成为未来发展目标。
在众多储能元件中，超级电容器因具有功率密度高、倍率性能优异、循环稳定性好的优点而受到广泛关注。以低成本、绿色清洁、含碳量高的生物炭作为电极材料是目前的主要研究方向。回顾了生物炭制备方法包括热解、水热和气化对生物炭作为电极原材料的适应性；分析了生物炭比表面积、孔隙结构、官能团、电导率等性质对超级电容器性能的影响；讨论了生物炭物理活化、化学活化、原子掺杂、导电聚合物与生物炭复合、金属氧化物与生物炭复合等活化改性方法对超级电容器性能的提升；比较了常见生物质类型如木质、海洋生物质、草本和水果等生物质在超级电容器中的应用性能。结果表明：以高比表面积和构建合适的介孔微孔比为生物炭改性目标，并通过掺入杂原子或导电聚合物来增加比电容是合适路径。在众多生物质中，木质生物质因孔隙发达、灰分低、纤维素含量高等优势而成为主要研究对象，可制备多级多孔结构和超高含碳量的生物炭，有望用于生产高性能超级电容器电极材料。目前，进一步明确生物炭特性和超级电容性能之间的构效关系仍是研究重点。
有功功率补偿装置解决了波能装置液压自治控制模式下发电机组在启动或停止时产生的输出功率脉动问题，但是存在其蓄能系统过充或过放问题。为了减小电池容量，维持电池随时具备大功率充放电能力，提出一种蓄能系统小容量配置方法和划分区间能量趋中管理策略。根据液压发电系统的特点及有功功率补偿装置工作原理，以平抑机组最大脉动功率为基准，最小容量为目标配备蓄能系统。对蓄能系统荷电状态和电压划分区间，确定趋中功率，实现蓄能系统荷电状态自动回调趋中，随时具备吸收和补偿能力，避免过充或过放。建立了液压发电机组并网功率脉动平抑仿真模型，仿真结果表明能量趋中管理策略可以长期保持蓄能系统工作在合理区，验证了划分区间能量趋中管理策略的合理性。
波浪能是一种绿色清洁能源，在海岛周围存在丰富的波浪能资源。近年来，随着波浪能利用技术的发展，出现了许多新类型的技术形式，部分技术也日渐成熟。波浪能技术的应用也逐渐成为行业的热点。以波浪能发电技术为出发点，总结了近年来涌现的新形式波浪能发电技术，归纳了我国波浪能发电技术在海岛上的应用。基于上述分析，从系统理论、技术成熟度、技术应用三个方面对我国波浪能技术的未来发展方向进行展望。
对三种IV型高压储氢气瓶内胆材料尼龙6（PA6）的氢气和氦气渗透性进行了研究，主要分析了温度对渗透行为的影响以及两种气体渗透特性的差异。在15 ~ 55 ℃的测试温度范围内，氢气的透过系数高于氦气，两种气体的透过系数都随着温度的升高而增大，但通过对渗透活化能的对比，氦气对升温的依赖性更强。通过对比相同测试条件下两种气体的透过系数，得出了两种气体的转换系数的范围区间，为氦取代氢进行实验提供了数据支持。
风况变化过程的复杂性和多变性给风能质量评估带来了巨大的挑战。为解决这一问题，构建了风能指标评估和评分体系，提出了一种能全面反映风能质量的综合指数合成方法。首先，基于湍流强度、风切变、风转向和风功率密度四项指标，建立相应的评分体系。其次，通过线性插值为各指标分配分数，得到分数矩阵。再次，采用调和平均合成方法计算风能质量指数。该方法的计算结果能够全面反映风能质量，避免了现有分析的限制。最后，将风能质量指数与发电性能指数相结合进行验证。结果表明，对于同一风力发电机，风能质量指数和发电性能指数的变化趋势线的皮尔逊相关系数为0.606。对于不同风力发电机，风能质量指数的平均值和发电性能指数的平均值排序结果一致，即发电性能指数随着风能质量指数的变化而变化。因此，该方法能够有效评估风能质量。
风能在可再生能源体系中扮演着重要的角色，但随着废风电叶片数量逐年增加，废风电叶片的回收利用刻不容缓。利用热解法回收风电叶片中的增强纤维具有减容减量快、资源化程度高的优点，已有的研究主要针对碳纤维为增强纤维的情况，回收玻璃纤维的研究很少。玻璃纤维的强度受处理温度的影响较大，为提高玻璃纤维强度、降低能耗，采用热解−氧化脱碳工艺回收增强玻璃纤维，针对脱碳过程中的三个关键工艺参数即脱碳温度、保温时间、升温速率进行优化，基于响应曲面法设计实验，以回收的玻璃纤维的力学强度（最大荷重）为响应值，探究三个工艺参数对最大荷重的交互影响，实现回收的纤维具有最高强度。结果表明：脱碳温度对最大荷重的影响最为显著，保温时间和升温速率对最大荷重也有一定的影响。优化后的最佳工艺参数为脱碳温度452.45 ℃、保温时间43.20 min、升温速率11.12 ℃/min。实验也证实了优化后回收的纤维强度是最高的，可达到原始强度的51.2%，且优化的工艺参数对应的过程更节能。
微发光二极管（Micro LED）显示器是由微米级半导体发光像元阵列所组成的新型显示技术，是显示技术与LED技术复合集成的综合性技术。与液晶显示器和有机发光二极管显示器相比，Micro LED具有对比度高、功耗低、寿命长、响应时间短等优点。然而，由于LED芯片尺寸缩小至20 μm以下，导致其吸收截面减小，使得传统的荧光粉颜色转换技术无法提供足够的亮度和产量，以满足高分辨率显示的需求。而量子点材料凭借其高量子产率、宽色域、颜色可调等优点，有望成为代替荧光粉的最佳材料。结合了量子点颜色转换技术的Micro LED光电器件具有高亮度、高效率和宽色域的优势，在显示领域具有广阔的应用前景。目前许多学界和产业界的研究者对全彩显示的Micro LED进行了深入研究，逐步实现了Micro LED的商业化。简要回顾了广泛应用于显示领域的量子点材料合成和优异性能的重要研究成果，然后以印刷技术、光刻技术、微流控技术、激光写入技术这四种效果突出的颜色转换层沉积工艺分类总结了基于量子点颜色转换技术Micro LED的全彩显示策略与性能优劣。最后，对基于量子点颜色转换层的Micro LED光电器件的应用前景进行了展望。
