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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。