吸收式化学蓄能的研究综述

吸收式化学蓄能是一种具有蓄能密度高、热损失小的热能储存技术, 在太阳能等可再生能 源的有效利用、工业余热及冷热电联供系统的余热等中低品位能源利用领域具有良好的应用前 景. 介绍了吸收式化学蓄能技术的基本原理和特点, 归纳和总结了国内外对吸收式化学蓄能在工 质对遴选、系统和循环研究及样机研发等方面的研究现状和进展, 并提出了此项技术需要进一步 研究和解决的关键技术问题.     

基于低品位热源的两相热压缩机初步实验

两相热压缩机利用热源驱动,通过活塞的往复运动,使两相工质在热腔和冷腔中来回穿梭,伴随气液相变形成压力波动.它采用低沸点工质,具有驱动温差小、压比大等突出优点,可以利用低品位热源,如废热、太阳能等.自行设计研制了基于低品位热源的两相热压缩机,初步研究了以正己烷为工质的热压缩机系统性能.该压缩机在0.1,0.2和0.3Hz频率下运行时,压比均保持在5以上,且加热功率小于120W.这对有效地利用低品位热源实现热功转化有着重要意义.     

纳能源技术应用及展望

随着社会的发展,世界能源消耗的增长与资源匮乏之间的矛盾日趋尖锐,因此传统能源利用技术的革新成为备受关注的问题。纳能源技术是采用纳米材料、纳微加工等高新技术手段发展出来的一种全新的能源技术,其有可能完全突破传统的宏观尺度能源系统(如内燃机等)所面临的低能效、高污染、大体积等一系列难以克服的原理性技术困难。上海大学纳微能源研究所作为一个多学科交叉平台,利用其交叉学科的优势,提出纳米尺度热机的概念,将微机电系统(microelectromechanical systems, MEMS)技术制备的传统微型热电器件与催化燃烧相结合,在纳米尺度下催化剂将化学能高效地转化为热能,形成局部温度差,再结合热电器件,在提高催化剂活性和稳定性的同时能够将所得热能转化为电能,实现其在微型电源领域的应用。     

煤基/碳基固体氧化物燃料电池技术发展前沿

作为新一代能源技术,固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell, SOFC）发电系统具有能量转化效率高、燃料适应性广、价格低廉、安全方便等特点。SOFC技术通过长期研究和发展,其电解质、阴极、阳极等关键材料核心技术已经突破,并初步具备产业化发展的基础,但其整体性能的优化仍有待深入研究,其中解决碳基燃料SOFC长期稳定性是实现SOFC商业化的关键所在。必须进一步探索SOFC发电技术中碳基燃料电化学和催化化学过程,解决材料稳定性、界面相容性和耐热循环性,系统中传热、传质与电极反应耦合等科学问题;发展纳米微米级薄膜制备技术、SOFC电池堆装配和系统集成技术,实现SOFC整机性能的稳定和优化,推动SOFC跨越式发展。     

二氧化碳电化学还原概述

在过去的几十年里,二氧化碳(CO_2)电化学还原技术的迅猛发展越来越引起国际国内的广泛关注。此技术可以利用太阳能、风能、潮汐能等可再生能源及核电/水电的弃电,将温室气体CO_2还原为低碳燃料和有经济价值的化学品。这一技术可以促进废弃物(气体)利用以实现能源储存与转换,变废为宝,被认为是一种绿色环保、有发展潜力的CO_2处置方法。使用的催化剂和电解质不同,CO_2电化学还原过程给出的产物也不尽相同。本文概述了CO_2电化学还原的原理以及催化剂、电解质和反应器的发展现状。     

Keggin型α-[HxW12O40]（8-x）-（x=1～4）中心质子数及笼腔内外质子传递的DFT研究

采用密度泛函理论研究了Keggin型α-[HxW12O40](8–x)–(x=1~4)的中心容纳质子数以及中心质子通过Keggin笼腔进行内外转移的机理.在O3LYP/LanL2DZ水平下,对气相中各物种结构进行了全优化,得到了质子化前后各物种的稳定构型,找到了质子通过笼腔进行内外转移的过渡态,并用频率分析方法和内禀反应坐标(IRC)方法对各过渡态进行了确证.在极化连续介质模型(PCM)下,考察了体系的溶剂化效应.理论研究不仅阐述了颇有争议的单质子中心和4质子中心物种存在的可能性,而且揭示了质子通过Keggin金属氧笼进行转移和传递的微观机制,理论计算结果与实验事实相一致.     

低温下纳通道中纳米流体的传热机理

基于平衡分子动力学方法,引入含有量子修正项的WK势能模型,研究了低温条件下含有铜纳米颗粒的氦纳米流体在纳米尺度通道中的传热机理.通过比较原子势能、动能和碰撞能及加入纳米颗粒对热导率的影响,揭示出纳米颗粒与系统所有原子的相互作用势对纳米流体热导率贡献最大.分析热导率矢量随计算时间的收敛曲线,发现流道方向的热导率远大于壁面方向,热导率呈现出各向异性特征,深入的研究最终阐明了产生这一现象的物理机理.     

青藏高原湖泊水量与水质变化的新认知

青藏高原湖泊众多,是气候变化敏感的指示器。湖泊作为地表下垫面的重要组成部分,不仅通过陆-气之间的水汽和能量交换影响区域气候(如降水、气温),而且通过沉积物记录了过去的气候变化信息。湖泊的水量和水质是制约湖泊与大气水分能量交换和湖泊沉积过程的基本要素,对青藏高原湖泊水量、水质的基础调查工作是准确认识青藏高原对气候响应与影响的关键。基于最近5年在青藏高原地区开展的湖泊基础调查工作,明晰了过去对青藏高原重要湖泊基础资料的模糊认识,阐述了湖泊面积、水量变化的时空差异及其对气候变化的响应,探讨了基于遥感水色开展大范围长、时间湖泊水质研究的新方法。     

平板太阳空气集热器应用与设计的技术及计算分析

平板太阳空气集热器是节能环保的绿色技术,在建筑节能及干燥等领域有很大的应用开发潜力。文章对其开发应用进行了概述、分析与建议;在基本结构、工作过程、集热器形式等方面进行了技术原理分析,通过设计参数、传热过程分析、算式方程等方面综合分析了设计计算基础,并给出了关于设计及计算的技术方法一定讨论、分析与建议。     

管式换热器中的单相流体强化传热技术

随着工业迅速发展,由于增大设备容量可以减少投资和运行费用,各种工业均大力发展大容量设备,从而使配备在工业中的换热器体积和重量也相应增大。如何应用科学创新方法减小大型换热器的体积和重量已成为工业发展的关键技术。此外,在发展新能源、海水淡化,以及余热利用和节能设备中,由于冷热温差低、换热器尺寸大,也急需研制尺寸小、效能高的新型换热器。发展和应用强化传热技术,亦即采用可以增加单位传热面积传热量的技术就可有效地解决这一问题。论述了强化传热技术对发展国民经济和新能源等的重要意义,以及其发展途径和效益评价方法。此外,还论述了在单相流体管式换热器中的强化传热技术。     

镁基储氢合金吸放氢机理及组织与性能调控

随着能源危机和环境问题的日益加剧，迫切需要寻求一种高效的可再生能源，而氢能被认为是最具前景的能量载体之一。氢燃料电池是氢能利用的最主要形式，其中车载储氢需要更轻便、紧凑和经济的体系来取代高压气体储氢装置。作为最具潜力的固体储氢体系之一，镁基储氢材料具有诸多优点，但阻碍其实际应用的瓶颈问题同样难以克服。文章通过介绍镁基储氢材料的吸放氢机理，阐述了热力学和动力学性能对其实际应用的制约及成因，归纳了当前的研究方法和进展，包括主要的组织调控和材料改性方法，并对镁基储氢的发展前景进行了展望。     

基于时驱硬球算法与格子玻尔兹曼方法的颗粒流体系统直接数值模拟

实现了一种直接数值模拟颗粒流体系统的耦合算法, 颗粒间相互作用由时驱硬球算法描述, 而流体的控制方程采用格子玻尔兹曼方法求解, 流固耦合用浸入运动边界法实现.该方法使用欧拉网格求解流场, 拉格朗日网格跟踪颗粒, 避免了非结构化贴体网格方法需要重新划分网格的问题. 通过模拟两个圆形颗粒在黏性流体中的沉降过程, 成功地复现了经典的Drafting-Kissing-Tumbling(DKT)过程, 验证了耦合算法的有效性.     

高容量储氢材料的研究进展*

安全、高效、经济的氢储存技术是氢能大规模应用的关键。相对于高压气态储氢和低温液化储氢,通过氢与材料间的相互作用形成固溶体或氢化物的固态氢储存由于其好的安全性和高的能量密度,被认为是最有发展前景的一种氢储存技术。为了满足车载氢源系统重量储氢密度大于5%的要求,目前发展中的高容量储氢材料主要包括金属铝氢化物、硼氢化物、氮氢化物和氨基硼烷化合物。作者简要综述了最近几年这些高容量储氢材料的研究进展,重点关注材料的储氢容量、吸放氢反应热力学、吸放氢反应动力学和吸放氢机理以及成分调变、催化改性和尺寸效应对材料储氢性能的影响。     

High-performance bulk thermoelectric materials and devices

Thermoelectric technology has intrigued wide-spread interests with a direct conversion between electricity and heat.The study on thermoelectric materials ultimately comes down to improving electrical properties and reducing lattice thermal conductivity,thus leading to a considerable thermoelectric figure of merit(zT).In this paper,we summarize our recent progress in skutterudites,diamond-like compounds,liquid-like materials,thermoelectric critical phenomena and mosaic crystals,and thermoelectric devices.The significant improvement in thermoelectric materials and devices greatly promotes thermoelectric technology as an important role in future energy solution.     

Recent advances in coupling between quantum dots and nanoelectromechanical resonators

Micro/nanoelectromechanical systems(MEMS/NEMS)have potential applications in sensing,cooling,and mechanical signal processing.Thanks to the development of modern MEMS fabrication techniques,in analogy to photons,phonons in NEMS attract significant research interests recently.Single-electron tunneling events in quantum-dot-like nanostructures have been widely used in mesoscopic transport studies.Quantum dots are also considered as an ideal candidate platform for solid-state quantum computation.The coupling of these two types of systems has vast application prospects in information storage,transfer and also fundamental physics investigations.The most popular system realizing such coupling is a suspended carbon nanotube,in which the local gates can be used to confine a quantum dot,actuate a resonator and tune the resonant frequency.In this review,we focus on recent progress in this coupled system composed of carbon-based materials and discuss device fabrication,coupling mechanisms,and applications.     

半导体薄膜材料发光特性研究的新方向

硅基低维材料的可见光发射和ＧａＮ基材料的蓝绿光发射是９０年代半导体薄膜材料发光特性研究的两个新方向。本文从能带工程的角度出发，介绍了硅基低维材料的可见光发射机理；从器件应用的角度出发，介绍了ＧａＮ基材料的蓝绿光发射性质。     

氢能质子交换膜燃料电池核心技术和应用前景

氢能质子交换膜燃料电池通常被认为是清洁、高效和静音的能源技术,可以将氢气转换成电和热。早在几十年前商业界就期望燃料电池能够应用在运输领域,但一直难以真正实现。阻碍其商业化的主要障碍是成本高、耐久性差、系统较复杂,以及缺乏氢气供给基础设施。为了更好地理解这些问题,文章将介绍这种燃料电池的基本原理、核心技术和应用前景。     

基于超级电容的混合储能器件研究现状及展望

基于超级电容的混合储能器件(HESDs)是一种结合了两种储能形式——传统双电层电容与赝电容相结合,或者超级电容器和二次电池相结合——的新型储能器件,主要包括非对称超级电容器(ASCs)和电池电容器(BSCs)两大类。相比而言,混合储能器件不仅具有传统超级电容器的高功率密度、优良的长循环稳定性和安全性的特点,而且具有可与二次电池相媲美的能量密度,在未来能量储存应用领域中有望成为多功能电子设备、电动/混动车辆等的理想的终级动力源。针对不同种类超级电容器的电极材料储能行为及其相互联系、电解液的发展、电极材料合成与研究现状、全电池的构筑及其性能等方面进行了详细、系统的综述,并对混合储能器件未来的发展前景和趋势以及所面临的挑战进行了展望。     

电网与电力系统之间的相互性

传统的电网正在发生变革。在过去的一个世纪,电网是一个用来将由一定数量的发电站发出的电能传输到大量不同级别的用户系统。设计和运行电网的标准,就是要将电能以一种有效的方式从数百个发电站传输到数百万的用户家中。这个系统储存电能的功能有限,所以如何预测用户的用电量就变得至关重要。电网的控制是基于每日的预测来进行的,而电能是由发电站通过传输网络输送到配电网络。大部分发电都需要由调节器来控制。     

拓扑量子材料的研究进展

拓扑量子材料近年来已经成为凝聚态物理领域研究的国际前沿课题。在过去的几十年中凝聚态物理学者对量子霍尔效应进行了广泛研究,提出了一种基于拓扑序的研究范式,并且将拓扑这一数学概念与能带理论相结合,成功将其引入到固体电子材料的理论、计算与实验研究之中。拓扑材料具有奇特的表面态和低能耗的电子输运等性质,这些效应是由于拓扑量子态受到严格的对称性保护,对于普通的材料杂质、缺陷或无序具有很高的鲁棒性,并可以通过量子调控或相变改变其拓扑性质。这一新兴研究领域为未来的电子材料和器件,乃至基于量子拓扑体系与计算的信息技术创新探索提供了多种可能。对整个材料学的发展而言,拓扑概念的引入使人们对物质的研究更加深入,并且开始使用更加先进的数学工具描述新材料的属性。文章从拓扑绝缘体和拓扑半金属等材料计算科学的角度探讨拓扑量子材料的一些基本概念以及近年来国内外的研究进展。