太阳能光催化制氢体系研究进展

世界经济的迅猛发展,在促进人们生活水平飞速提升的同时也造成了全球日益严重的能源短缺和环境污染.氢作为一种能源载体,能量密度高,可储可运,且燃烧后唯一产物是水,不污染环境,被认为是今后理想的无污染可再生替代能源.利用太阳能光催化制氢通过把太阳能转化为氢能,能够实现能源的无污染生产、储存、运输和使用,正日益受到国际社会的高度关注,被认为是解决能源及环境问题的最佳途径之一.依据光催化制氢时是否添加牺牲剂及添加牺牲剂的种类,对光催化制氢体系进行了分类,并分别概述了不同体系的研究进展,并对太阳能光催化制氢的未来发展进行了展望.     

硫碘循环制氢系统电解电渗析模块的模拟设计及关键参数对系统的影响

硫碘循环制氢是一种以二氧化硫和碘为中间介质使得水分解的制氢方法，由本生(Bunsen)反应、H₂SO₄相和HI_x相3个工段组成。HI_x相工段需使用电解电渗析法(Electro-electrodialysis, EED)提纯HI溶液。基于Aspen Plus建立了硫碘循环制氢模拟模型，并将其与基于MATLAB的EED数学模型耦合运行，分析EED阴阳极入口不同的物流配比时EED的参数设置、氢气和循环物料摩尔流率的变化规律；确定了反应工段(BUN工段)产物和HI精馏塔塔底物流流入EED阴极的最佳比例范围分别为0.6～0.7和0.5～0.7。研究结果可指导硫碘循环制氢系统的设计和优化。     

太阳能光热发电的集热技术现状及前景分析

太阳能光热发电是目前太阳能利用领域中发展最为迅速、最具研究价值的技术之一,相较于光伏发电具有输出连续稳定可调、碳排放量低等独特的优势.作为光热电站的最主要投资部分,太阳能集热系统对光热发电性能具有重要影响.针对光热发电在集热技术上的发展现状进行了阐述,指出了目前集热技术路线存在的主要问题,并由此对太阳能光热发电集热系统的发展前景进行了合理展望与分析.     

高效光催化产氢分子组装体研究报告

氢是一种清洁高效的理想燃料。利用太阳能制氢是直接将太阳能高效转化为化学能的有效方式。通过分子组装构筑了一系列高效太阳能光催化制氢的新体系,分子组装体高效的能量传递、电子转移和电荷分离过程显著提高了催化体系的产氢效率和稳定性。例如:采用低温水热方法制备的多级Sn2Nb2O7空心球可见光催化剂和采用多元醇热注入法制备的由超薄纳米片组装而成的分等级花状结构Zn In2S4亚微米球均表现出优异的光解水产氢性能;利用树枝状聚合物、聚丙烯酸和壳聚糖开展对铁氢化酶外围保护蛋白的模拟和功能性研究,在国际上率先突破了铁氢化酶模拟化合物稳定性差、催化效率低的瓶颈,实现了太阳光驱动铁氢化酶模拟化合物的水相高效产氢。     

利用太阳能规模制氢

建立可持续发展的能源系统是当今人类社会必须解决的最为关键的问题之一。新的能源系统需要有一种可持续发展的能源载体来替代目前使用的燃料,氢正是这样一种理想的二次能源载体。利用太阳能规模制氢具有可持续发展的特点,对缓解能源紧缺、减少环境污染具有重大意义,是能源科技领域国际竞争的焦点之一,已被国际上许多大型氢能研究计划列为重要研究方向。国家科技部于2003年度正式批准“973计划”中立项进行利用太阳能规模制氢的基础研究。在阐述利用太阳能规模制氢国内外研究现状的基础上,重点介绍了西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室近年来在该领域的理论和实验研究工作中所取得的一系列最新进展。     

高效选育产氢光合细菌的研究

降解有机废水转化太阳能为氢能是一条理想制氢途径 .为使选育的菌株实用性更强 ,本文选用有机废水主要降解产物—乙酸为唯一氢供体 ,在自然生态环境条件下 ,利用紫色非硫细菌培养基 ,紫色硫细菌培养基和绿硫细菌培养基 ,从不同的水域环境中进行了产氢光合细菌的筛选 .从影响太阳能转化效率主要因素出发 ,本文对分离纯化的 1 5株光合细菌进行形态学特征研究基础上 ,着重进行了最适生长温度、光合色素成分、利用硫化物能力和耐盐能力的测定 ,并将其分为 4个类群 .在对每组细菌初筛基础上 ,本文对选育出的 8个菌株进行了生长动力学测定 ,其中Z ,SP2 ,R3,Y7菌株能利用乙酸快速生长 .对其产氢动力学研究表明 ,这些菌株均具有光合放氢活性 ,其中Z菌株产氢得率最高 .在含有 2 0mmol·L-1 乙酸钠和 5mmol·L-1 谷氨酸钠的培养基中 ,其产氢得率为 3 0 8.9ml·g-1 .这 4个菌株生理生态特性完全不同 ,且能利用乙酸光合放氢 ,在有机废水光合制氢技术中具有重要的潜在应用价值 .     

计算机控制太阳能光伏水制氢及储能发电系统的研究

虽然太阳能、氢能利用技术有很多优势,但太阳能资源间歇性不稳定所带来的可靠性低的缺陷却影响着负载的连续使用。太阳能光伏水制氢及储能发电系统能通过计算机控制提供稳定可靠的电能,具有很高的推广应用价值。从太阳能光伏水制氢发电系统、计算机控制电解水制氢系统、储氢技术、氢能利用技术等方面,详细介绍了计算机控制太阳能光伏水制氢及储能发电系统的功能。     

基于可再生能源的分布式多目标供能系统(二)

提出了两种以氢为能量载体的基于可再生能源的多目标分布式供能系统的新构思，分别利用太阳光直接分解水制氢及太阳能高温集热（或高温燃料电池排气余热）分解生物质和水制氢，并与高温燃料电池，微型燃气轮机以及后续的供热，制冷，调湿等子系统共同构成高效，无污染的可以供氢，供电，供热，供轴功的多联产综合供能系统，简要分析了可再生能源高效低成本制氢的有关理论与技术，报道了本室光催化分解水制氢与超临界水生物催化气化制氢研究的最新进展。     

化合物半导体Cu2ZnSnS4太阳电池与人工光合作用制氢

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,将成为未来新能源的重要组成部分.目前人们除了利用太阳能光伏发电以外,还有利用仿生光合作用将太阳能转化为化学能、利用半导体光电极分解水制氢等方式.而在半导体材料中,低成本环保型的化合物半导体光伏材料(如Cu₂ZnSnS₄等)具有优良的光伏发电性能,同时也非常适合作为太阳光分解水制氢的材料.文章综述了近年来在Cu₂ZnSnS₄光伏电池及其太阳光分解水制氢领域的研究进展.     

光电化学(PEC)制氢中太阳能转换效率的评价方式之比较

相对于人口的迅猛发展,能源危机日趋严重.太阳能光电化学(PEC)水解制氢是开发利用新能源的一个选项,是将太阳能直接转换成化学能领域中的研究热点之一.这里,系统归纳了文献中出现的关于PEC水解制氢过程中太阳能转换效率的评价方式,并加以对比,阐述了其中的优缺点,提出了如何恰当地选择评价参数以求能更好地估算PEC水解制氢过程中太阳能转换效率的建议.这项工作将为太阳能到化学能的转化和利用研究提供有益帮助.     

2022年清洁能源开发热点回眸

2022年清洁能源技术发展的如火如荼，取得了一系列开创性成就，小分子氧化电解水制氢以及CO2电化学还原等技术为“液态阳光”开辟了新路径，电池领域为实现产业化目标寻求新突破。本文评述了“液态阳光”、薄膜太阳能电池、燃料电池、锂电池及生物质能源技术的困境以及在2022年取得的突破性研究进展，并展望了未来清洁能源的发展方向。     

一种适用于牧区的新型太阳能系统

青藏高原太阳能资源丰富,海拔高,气温低,人烟稀少,常规能源稀缺,饮水,用气等生活必须较为困难.针对这一情况,设计了一种适用于高原牧区的新型太阳能系统,该系统将太阳能光电转换技术和太阳能集热技术综合利用,在发出电的同时,还能为牧民提供热水,饮用水.同时,光热、光电系统的集成大大提高了系统的综合效率,让光伏板在处于温度频繁突变的不利工作环境下也能正常工作.实验结果验证了该系统的有效性.     

高原严寒地区观察哨楼连续式太阳能供暖系统

针对高原严寒地区边防执勤哨楼燃料缺乏，无法正常供暖的实际困难，提出了将被动式太阳房技术、主动式太阳能集热技术、相变材料蓄热技术集为一体的连续式太阳能供暖系统，并对该系统进行了研究。使得单纯利用太阳能向室内连续供暖成为可能。通过在高原严寒地区边防执勤哨楼的应用，表明该系统能够实现向室内不间断供暖。     

氢能产业标准化体系：中外比较及启示

 “碳达峰、碳中和”目标下，标准规范、有序发展的氢能产业是中国新时代、新阶段能源结构的重要组成部分，如何构建保障中国氢能产业高质量发展的标准体系是一项值得深入思考的课题。首先论述了氢能标准化指导产业发展、减少贸易壁垒、增强产业竞争力等意义，梳理了国外氢能产业标准化现状，国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC是氢能最主要的国际标准化组织，欧盟正在全力打造氢能区域标准体系，美国氢能的产业标准体系目前最完善，日本关于氢能安全标准体系的建设值得中国借鉴；接着论述中国构建氢能产业标准化体系的政策、市场、技术、社会环境等多重优势，但同时也存在市场前瞻性与可行性不足、细分领域标准缺失、标准化团体协调机制不完善、参与制定国际标准有限等问题；最后提出推动建设中国氢能多级复合标准体系、完善氢能安全等细分领域标准、积极参与制定氢能国际标准以及合理布局氢能检验检测和认证机构等建议。研究通过对中外氢能产业的标准化体系比较，为制定中国氢能产业标准化提供启示和参考。     

一种新型的太阳能收集技术系统

介绍了一种新型的太阳能收集技术系统。该技术利用天线的跟踪原理,通过一些特殊的结构形式和保证面板精度的工艺,实现精确跟踪,最大限度的将太阳能充分利用。与常规技术相比,可提高发电量35%左右。     

用MARKAL模型研究中国未来可持续能源发展战略

为研究中国未来可持续能源发展战略 ,在对未来社会经济发展进行合理的假设基础上 ,应用中国 MARKAL 模型 ,对 1995～ 2 0 5 0年间中国终端能源消费及构成、一次能源消费及构成、电力构成、二氧化碳排放量等进行了研究。分析了终端能源消费中油气电比重的增加、先进高效的火电机组以及新能源与可再生能源和核能的应用对减排二氧化碳的作用。此外 ,还应用该模型对由煤制油品、煤制氢等满足未来急剧增长的交通运输燃料的需求以及由煤制合成气实现城市清洁能源的大规模应用进行了研究。     

太阳能电池充电转换模块

为了提高太阳能电池能量利用率,改善光伏发电系统的工作性能,提出了一种新型太阳能电池充电的电路拓扑方案。该方案在太阳能电池和蓄电池之间增加充电传导模块,采用动态电压调节方式实现蓄电池的常规充电和倍压充电,解决了弱光照时太阳能电池能量流失问题。通过制做实验样机进行测试,结果表明,模块具有完善的充电控制特性和低压工作性能,静态工作电流小于20μA,传送效率高达98%,是一款高效实用的充电控制模块。     

Nanomaterials for renewable hydrogen production, storage and utilization

An ever growing demand for energy coupled with increasing pollution is forcing us to seek environmentally clean alternative energy resources to substitute fossil fuels. The rapid development of nanomaterials has opened up new avenues for the conversion and utilization of renewable energy. This article reviews nanostructured materials designed for selected applications in renewable energy conversion and utilization. The review is based on the authors’ research, with particular focus on solar hydrogen production, hydrogen storage and hydrogen utilization. The topics include photoelectrochemical (PEC) water splitting and photocatalytic hydrogen production, solid-state hydrogen storage, and proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). It is expected that the rational design of nanomaterials could play an important role in achieving a renewable energy based economy in the coming decades.