沉积型微生物燃料电池效能的影响因素研究进展

沉积型微生物燃料电池是一种利用微生物催化氧化作用处理水体沉积物的原位修复方法。本文综述了影响其效能的影响因素:电极、底物的预处理和传质、水体、微生物及外电阻,并对如何从这些方面进一步提高效能进行了展望。     

微生物燃料电池与常规污水处理技术结合的研究进展

通过总结近年来微生物燃料电池(MFC)与常规污水处理技术的结合案例,发现与MFC结合的污水处理技术主要集中在物理化学法、生物法及高级氧化法三类。与物理化学法的结合侧重于利用MFC的产电特性,如电吸附法和电渗析法;与生物法的结合分为好氧和厌氧法两种方式,主要利用MFC的多重系统特性,大大提升除污性能:与高级氧化法的结合体现在光催化法、电化学法和电Fenton法三方面,其中,与电benton法的结合是研究的热点。将MFC与常规污水处理技术从产能和净化的双重角度进行结合,既为节能型污水处理技术的发展奠定基础,同时也扩大了MFC的应用范围,为今后MFC与其他技术的结合研究提供了借鉴和依据。     

自然光照条件下可再生的微生物燃料电池阴极体系

本文中采用多碘离子(I3-)为阴极电子受体,利用碘离子(I-)可以在太阳光照条件下跟氧气生成多碘离子的特性,提出并构建了可利用太阳光进行循环再生的微生物燃料电池阴极体系;并在太阳光照条件下对多碘离子的再生特性及其再生特性对电池性能的影响进行了实验研究.结果表明,多碘离子做阴极电子受体时的微生物燃料电池的性能要明显高于铁氰酸钾(K3[Fe(CN)6])为电子受体时的性能;并且在太阳光照条件下,多碘离子可以利用太阳能快速循环再生,是一种较合适的微生物燃料电池阴极受体.同时实验发现多碘离子浓度对微生物燃料电池性能有很大影响,在本实验条件下,多碘离子浓度越高,微生物燃料电池性能越好;并且通过线性扫描实验可知,在自然光照条件下,多碘离子向阴极表面的扩散是影响微生物燃料电池性能的主要因素.     

中国的燃料电池技术

近几年我国燃料电池的研究开发取得长足的进展，特别在质子交换膜燃料电池方面，达到或接近了世界水平；在熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池技术等方面也取得一些进展。但在总体上，我国燃料电池仍处于科研阶段，与国外相比，水平较低。发达国家都已将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，并取得了许多重要成果，各等级的燃料电池发电厂相继建成，即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车动力。我国应集中研究力量，加大投入，大力推动燃料电池发电技术的研究开发和应用工作。     

晶硅电池温变过程中的输出参数及温度场特性

利用有限差分法,分析了环境温度从250 K变化到500 K,且电池前后表面存在两种温差时,晶硅电池输出参数的温度特性及电池内部温度场的分布情况.研究表明:当电池前后表面温度相同,且温度逐渐增加时,短路电流基本不变,开路电压以0.02 V/K的速率线性减小,电池效率以0.07%/K的速率线性降低,温度场分布不均匀现象主要集中在接近电池前后表面的区域,最大温度梯度达?0.0002 K/?m;当电池前后表面存在1.5 K温差,且温度逐渐增加时,电池各输出参数均出现不同程度的改善,特别是开路电压相对无温差时可增加0.25%~1.2%,电池效率相对无温差时可增加0.4%~1.5%,温度场分布出现明显偏离由前后表面温差决定的温度梯度(0.0075K/?m)的现象.     

基于Bagging神经网络集成的燃料电池性能预测方法

利用三维质子交换膜燃料电池数学模型模拟研究了电池流道进、出口高度对电池性能的影响,然后将数值模拟结果作为神经网络模型的训练数据.以流道进、出口高度和电池电压值作为输入变量,以电池电流密度作为输出变量,建立了3层反向传播神经网络模型;然后利用Bagging集成学习方法对神经网络模型进行集成,构建了燃料电池性能预测方法.研究发现:与单一神经网络模型相比, Bagging神经网络集成模型预测精度更高,且所需模型训练数据量更少.此外对于超出训练数据以外的情形, Bagging神经网络集成模型仍然能够准确地预测燃料电池的性能,且精度良好,表明Bagging神经网络集成模型的鲁棒性较好,可用于更宽工况范围内燃料电池性能的快速预测.     

浅海细颗粒沉积物通量与循环过程

浅海物质循环是国际地圈生物圈计划的研究重点之一。陆架区细颗粒沉积物运动不仅是自然环境变化的重要原因,而且也与营养盐物质环和生态系统密切相关。全球细颗粒物质入海通量每年约有２００亿吨,入海之后一部分在海岸带或陆架水域堆积下来,另一部分则离开陆架进入深海。物质循环及其变化的定量预测依赖于数学模型,而模型中包含的悬沙的沉降速主、扩散－混合系数、底部边界层参数、垂向悬浮强度等重要参数,则要通过观测数据的分析和物质运动过程的揭示才能获得。细颗粒沉积物向深海的输运受到两种作用的控制：在狭窄的陆架,重力作用形成沿着海底峡谷向深海运动的浊流;在宽广的陆架,细颗粒沉积物向深海的输运主要是与环流作有和混合扩散作用相联系的。在浅海物质循环研究领域,近期的重点包括悬沙通量的变化及其对全球海洋环境和生态系统的影响、海底界面过程、陆架泥质     

固体氧化物燃料电池-斯特林热机混合动力系统的性能优化

应用电化学、非平衡态热力学和有限时间热力学等理论,建立包含多种不可逆损失的固体氧化物燃料电池与斯特林热机组合而成的混合动力循环系统理论模型,导出混合系统的输出功率和效率的表达式,确定混合系统的最大输出功率和最大效率及其工作在最大输出功率或工作在最大效率时的运行条件,给出系统的优化工作区域,详细讨论了热力学循环过程的不可逆性对混合系统优化性能的影响,探讨了固体氧化物燃料电池与斯特林热机之间的最佳匹配关系.所得结果可为实际混合动力系统的设计和优化运行提供理论依据.     

混凝土中钢筋腐蚀早期过程宏观腐蚀电池与微观腐蚀电池相互作用

建立一种阵列电极技术,通过测量不同时空的微电极腐蚀电位、电偶电流及其动态变化,研究了在腐蚀介质作用下,混凝土中钢筋腐蚀发生、发展早期过程阳极区和阴极区分布特征,探讨了钢筋腐蚀过程宏观腐蚀电池与微观腐蚀电池的相互作用机制.结果表明,伴随着点腐蚀的发生、发展过程,在钢筋/混凝土界面宏观腐蚀电池的作用明显,宏观腐蚀电池电流分布与腐蚀电位有密切的对应关系.混凝土中钢筋腐蚀过程总是存在着宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池,二者密切相关、相互作用,对钢筋局部腐蚀的发生、发展过程有重要影响.     

燃料电池-真空热离子混合系统的性能特性和优化分析

基于固体氧化物燃料电池（SOFC）和真空热离子发电器（VTIG）的粒子流及电流模型,建立考虑多种不可逆性的一类不可逆SOFC-VTIG混合功率系统的一般循环模型.通过该混合模型得到了混合功率系统的效率与输出功率表达式,应用数值模拟获得混合功率系统的效率和功率随系统一些重要参数变化的关系曲线,从而揭示了混合功率系统的性能特征,确定了系统一些重要性能参数的优化判据,讨论了混合功率系统中的一些不可逆损失对系统优化性能的影响.本文所得的结果可为实际SOFC-VTIG混合功率系统的优化设计和运行提供理论依据.     

漫透射光谱电化学研究活菌细胞色素c蛋白介导的胞外电子传递过程

微生物膜蛋白(细胞色素c)介导的微生物胞外电子传递过程,是元素生物地球化学循环、微生物修复、微生物燃料电池等领域的研究热点与重要科学问题.阐明细胞色素c的氧化还原变化规律是从分子层面解析该过程的基础.然而,由于技术手段限制,活菌细胞色素c氧化态和还原态的含量及其电位难以同时测定,其氧化还原状态的变化规律仍知之甚少.本文构建了漫透射光谱电化学联用装置,原位测试了活菌细胞色素c及电子受体的氧化态和还原态含量变化,并同时在线监测了反应体系的氧化还原电位值,从而实现了实测电位与各反应物计算电位之间相互关系的系统研究.结合动力学与热力学的分析,定量阐明了细胞色素c所处的氧化还原状态因电子受体的电位不同而发生变化的规律;解释了不同电子受体存在时,细胞色素c所处的平衡状态截然不同的原因.该技术手段在活菌层面实现了细胞色素c蛋白的动力学与热力学分析,可为胞外电子传递微观机制的研究提供新的方法与理论基础.     

分子生物学技术在环境微生物研究中的应用

随分子生物学和遗传工程技术的迅速发展，已存在对微生物进行遗传操作而促进微生物在环境生物技术中的应用。本文较系统地概述了与环境微生物密切相关的分子生物学技术，如核酸探针检测技术，利用引物的PCR技术，基因重组技术，基因芯片技术，以及这些相关技术在环境监测、环境污染的防治和环境基因工程菌的稳定性和安全性评估中的应用。结果表明，分子生物学技术在研究环境微生物中发挥了重要的作用。     

微生物技术在固体矿产资源开发中的应用

本文总结了国内外生物湿法冶金技术在低品位硫化铜矿、难处理金矿以及其他固体矿产资源中的研究现状,指出了存在的问题,并提出了未来的发展方向。     

少子寿命跟踪在异质结电池生产中的应用

异质结电池是量产的高效晶体硅太阳电池之一,开发简单有效的监控方案是规模化生产的前题.通过监测a-Si:H(i)/c-Si/a-Si:H(i),a-Si:H(p~+)/a-Si:H(i)/c-Si/a-Si:H(i)/a-Si:H(n~+),TCO/a-Si:H(p~+)/a-Si:H(i)/c-Si/aSi:H(i)/a-Si:H(n~+)三种异质结的有效少子寿命来监控太阳电池生产过程中各层薄膜的沉积质量,追踪电池性能,结果发现,各异质结的隐性开压(impliedVoc),赝填充因子(pFF)等在低于~2ms时,与寿命呈明显的正相关关系,而当少子寿命超过~2ms时,上述电参数变化很小,趋于饱和状态,最终的电池效率也遵循这一规律.这可以解释为硅材料在非平衡态下的费米能级之差随着表面复合的减少趋于极大值所致.研究表明,采用少子寿命跟踪的方法,可以判断非晶硅层的质量、透明氧化物薄膜沉积过程中对非晶硅的轰击损伤、分析和预测电池性能,同时可监控产线的稳定性和异常情况.     

石墨烯基电极材料结构设计及其在二次电池中的应用

电极是实现高效电化学储能的基础,而常规的电极大多采用半导体甚至绝缘体为活性材料,不仅存在导电性差、电化学利用率低、倍率性能差等问题,而且部分电极材料在反应过程中还存在体积膨胀严重、中间产物流失等缺点,导致电极循环稳定性差.解决这些问题的有效途径之一是从电极材料的微纳结构入手,设计兼具高电化学活性及高结构稳定性的材料.石墨烯具有优异的导电性、超高的比表面积、柔性的二维结构及良好的机械性能,可用于构建高性能复合电极.石墨烯基电极材料结构主要包括核壳结构、三维网络结构、多级孔结构、三明治结构等,这些结构均对电化学储能器件的性能有不同程度的提升.本文以结构设计为主线总结了石墨烯在二次电池(如锂离子电池、锂硫电池和锂空气电池)电极材料结构设计中的应用,分析了不同结构类型在改善电化学性能方面的优势,为提高电化学储能体系的性能带来启示.     

晶体生长过程中的浮力对流现象研究

将实时相移Mach—Zehnder干涉技术与成像技术相结合,应用计算机技术、图象处理技术完成对NaClO3晶体的实时诊断,实时观测了NaClO3晶体溶解和结晶过程,得到了该过程的溶解条纹和生长条纹,反演计算出该过程的浓度场分布,同时分析了晶体生长过程中由重力引起的浮力对流现象,实验证明了这种对流现象直接影响着晶体各个晶面的生长速率．     

动态碎裂过程中的最快速卸载现象

固体在高应变率加载作用下常常断裂成多个碎片.Grady针对韧性碎裂和脆性碎裂提出了一个同样形式的碎片尺度预测公式,对韧性碎裂结果预测较好,而对脆性碎裂结果的预测相对较差.是否存在一种物理机制可以同时阐述韧性碎裂和脆性碎裂过程呢?本文借鉴Grady解决绝热剪切问题时提出的最小集中化时间的思想,认为固体的动态碎裂过程中存在着最快速卸载现象.对韧性碎裂过程和脆性碎裂过程从理论和数值计算上进行分析,发现最快速卸载理论得到的平均碎片尺度和目前文献报道结果均吻合较好.     

现代刀具切削过程中的排屑干涉

基于金属切削中的“最小能量原理”,研究了非自由切削的基本特征探讨了现代切削国呀中普遍存在的排屑干涉和排屑干淑和排屑协调的现象与规律,提出以“单元刀具综合法”来建立复杂刀具的切削模型,并由此导出了制约排屑运动的普遍方程。分析了非自由切削的实例,理论分析与预测的结果得到实验数据和事实的验证。     

高温变形过程中的动态再结晶类型识别

通过分析高温变形过程中伴随再结晶晶粒长大的内部位错密度变化,判别不同变形条件下动态再结晶过程的进行形式,研究动态再结晶形式对变形参数的依赖规律,发现：低温大应变速率下,高温变形过程中的再结晶形式以连续性动态再结晶为主;高温低应变速率下,以周期性动态再结晶为主.根据动态再结晶软化与加工硬化平衡,得到反映稳态流动时钛合金流动应力对变形参数的响应,建立具有实际物理意义描述钛合金稳态流动本构关系的Arrhenius型方程.通过热模拟压缩实验得到800~900℃,0.0005~10 s-1条件下的TC18钛合金高温变形流动应力应变曲线,验证动态再结晶形式的判据模型,并通过DMM耗散效率分布图分析模型的适用性.通过显微组织分析,研究不同变形参数下的高温变形过程中,不同动态再结晶形式对应的再结晶晶粒粗化/细化的特点.通过各变形条件下真应变？=0.8时的稳态应力验证得到的本构模型,并分析应变速率敏感系数的变化规律.