电动汽车替代燃油车的气候和健康影响及社会成本——基于单车视角的成本效益分析

构建基于能源周期和全生命周期的分析框架, 借助基于概率分布的成本效益分析方法, 通过评估单辆纯电动汽车替代汽油车的气候和健康影响及相关社会成本, 探讨现阶段电动汽车替代传统燃油车能否实现气候、健康和社会福利的改进。研究结果表明, 在现有技术条件和电厂超低排放改造背景下, 尽管电动汽车替代传统燃油车在能源周期能够实现碳减排(约324元/(辆^.年))、健康损害降低(约343元/(辆^.年))以及可观的能源节约(约4315元/(辆^.年)), 但由于两种车辆之间巨大的制造成本差异(约1.6万元/(辆^.年)), 现阶段电动汽车对传统燃油车的全面替代并不能实现社会总体福利的改进。因此, 中国电动汽车推广政策短期内不应以全面替代为目标, 而应识别具有较高气候和健康效益以及具有较大能源节约潜力的区域优先推广。     

Key technologies for polymer electrolyte membrane fuel cell systems fueled impure hydrogen

Hydrogen energy and polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells become concerned issues in recent years. Nevertheless, the construction of hydrogen refueling infrastructure and hydrogen storage and transportation constrains the commercial development of fuel cells. In this review, sources, production, storage, transportation, and purification methods of hydrogen are extensively reviewed and compared. The advantages of utilizing industrial by-product hydrogen and steam reforming gas in PEM fuel cell systems are analyzed. Using industrial wasted hydrogen can significantly reduce the cost of hydrogen. Also, it is indicated that the onboard hydrogen generation by steam methanol reforming can solve the difficulties of efficient storage and transportation of gaseous hydrogen, which means that methanol has great potential to be a convenient carrier of hydrogen. The effects of impurities contained in the reformate gas are generally introduced. After the methanol steam reforming and pretreatment purification processes, the reformate gas can be fed to PEM fuel cells. Thus, a fuel cell system integrated with onboard hydrogen production and impure hydrogen treatment subsystems is introduced, and key technologies therein for pretreatment purification and in-situ poisoning mitigation methods are reviewed. Finally, suggestions are proposed for further studies.     

Janus few layered graphene with asymmetric wettability as anti-flooding cathode supports in proton exchange membrane fuel cells

Water balance in cathode catalyst layer (CCL) is crucial for proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). Herein, we report a novel strategy to develop a Janus few layered graphene particles (FLGP) with asymmetric wettability by varying the carbon precursors in the chemical vapor deposition (CVD) process. Using the Janus FLGP supported Pt with asymmetric wettability as the cathode of a PEMFC, a peak power density of 632 mW cm⁻² was achieved, which was about two-folds of the hydrophobic FLGP and three-folds of hydrophilic FLGP based cathode, respectively. The enhanced performance could be ascribed to the well-constructed three-phase boundary in an anti-flooding cathode, leading to enlarged electrochemical active surface area and facilitated mass transfer. This work may provide new clues for improving water management in PEMFCs.     

微生物燃料电池修复钒污染地下水的响应曲面优化研究

使用响应曲面法, 对单室微生物燃料电池去除五价钒的运行条件进行分析和优化。采用乙酸钠作为单室微生物燃料电池的碳源, 探讨钒初始浓度、COD初始浓度和电解液电导率对五价钒去除率的影响, 三因素三水平的响应曲面分析结果表明, 五价钒初始浓度对五价钒去除率的影响最显著, 其次为 COD 初始浓度, 最后是电解液电导率。利用响应曲面法得到最优实验条件: 五价钒初始浓度为75.44 mg/L, COD初始浓度为1007.48 mg/L, 电导率为11.98 mS/cm, 此时可获得五价钒的最大理论去除率80.31%。验证实验的结果证实了该优化方法的可靠性。研究成果可以促进微生物燃料电池技术在治理钒污染地下水领域的实际应用。     

PEMFC电堆加速老化测试及性能恢复现象分析

对自制kW级的质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆在车载工况下进行了加速老化测试(ADT).结合极化曲线、交流阻抗谱(EIS)及电压-时间曲线考察了PEMFC的性能变化.通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对试验前后的膜电极进行非现场表征对比分析,解释PEMFC性能衰退的原因.结果表明:603h车载工况加速老化试验后,电堆最大功率下降21.6%,同时电堆在休整之后存在明显的性能恢复现象;常相位角元件值和法拉第阻抗值在电堆休整后减小,说明催化剂活性有所恢复,电堆内部水热环境在冷机启动后达到较理想状态.     

循环伏安法测定聚苯并咪唑膜电解质甲醇透过率

研究建立了电化学循环伏安法(CV)测定磷酸掺杂聚苯并咪唑(PBI)膜甲醇透过率的方法.以磷酸溶液为电解质,在扫描电压范围-0.2~1.2 V和扫描速度100 m V/s的条件下测试了不同磷酸掺杂水平PBI膜的甲醇透过率.研究表明,根据膜样品酸掺杂水平选择磷酸电解质溶液的浓度可使待测PBI膜的酸掺杂水平在测定过程中保持不变,进而保障结果的准确性和可靠性;与纯PBI膜的甲醇透过率(1.34×10-8cm2/s)相比,磷酸掺杂PBI膜的甲醇透过率有所增加,当PBI膜的酸掺杂水平为2.5~3.2时,膜的甲醇透过率为3.2×10-8~14×10-8cm2/s.     

基于自动变速的混合动力装载机控制策略

为了提高装载机能源的利用率与变矩传动效率,通过分析某5 t装载机的工况特点,提出了基于自动变速的并联式混合动力方案;采用模糊逻辑控制策略,通过在线估计系统需求转矩与车速,以需求转矩、超级电容SOC值、车速、油门开度及液力变矩器效率作为输入,输出发动机与电动机的工作点及系统挡位.结果表明:发动机效率提高,超级电容SOC值稳定,挡位变化合理有效,混合动力比传统装载机节油约9.56%,混合动力自动变速比传统装载机节油约11.82%,改善了燃油经济性.     

氮掺杂石墨烯的制备及其氧还原电催化性能

以三聚氰胺和氧化石墨烯(GO)为原料,经物理研磨和高温热解得到氮掺杂石墨烯(三聚氰胺-NG).扫描电子显微镜(SEM)测量显示,所制备的三聚氰胺-NG厚度和表面褶皱较掺杂前略有增加.X射线光电子能谱(XPS)表明,在三聚氰胺-NG中氮元素以吡咯N、吡啶N和石墨N 3种形式掺杂在石墨烯中,它们的比例分别是14.5%、24.5%和61.0%.同时运用循环伏安法(CV)和旋转圆盘电极技术(RDE)测试了三聚氰胺-NG在碱性介质中的氧还原电催化活性.结果表明,与商业石墨烯和由聚吡咯为氮源制备的氮掺杂石墨烯(ppy-NG)相比,三聚氰胺-NG具有较高的电催化活性和较正的氧还原起始电位(-0.09V),并且电催化还原氧气时主要为4电子反应.由于其较高的氧还原性能和较低的成本,三聚氰胺-NG在碱性燃料电池阴极电催化剂中有良好的应用前景.     

国外乏燃料后处理设施爆炸事故的经验教训

 爆炸事故是乏燃料后处理设施潜在事故的一种重要类型。为汲取国外发生的后处理设施爆炸事故的经验教训，对国外有记载的11起爆炸事故的原因和后果进行了统计分析，形成了对中国后处理设施爆炸事故的预防措施和缓解措施的经验反馈。经验反馈结果表明，后处理设施爆炸事故预防措施设计应关注：蒸发设备中进料TBP含量和酸度控制，避免溶解设备中意外放热反应发生，确保高放废液贮存设备冷却系统的有效性，避免硝酸类物质在贮存设备中意外蒸干以及避免人因失误；后处理设施爆炸事故缓解措施应关注：包容屏障的爆炸热荷载、爆炸力学荷载以及泄爆措施设计，高放废液应急冷却措施设计以及适宜的应急行动设计。