氢燃料电池热特性测试平台设计和应用

国内氢燃料电池大功率、全负载的发展面临温度一致性与余热利用的热管理挑战.为了获得大功率氢燃料电池的能量转化与温度分布等热特性规律,搭建了模块化的氢燃料电池热特性测试平台,并进行应用研究,验证了该平台的功能性和实用性.该测试平台包括冷却散热模块、热特性测试模块、数据采集模块与控制模块等,能够在对热管理关键温度进行监测并对氢燃料电池产热特性进行实时测量分析的基础上,利用红外热成像与热电偶阵列对燃料电池各单元间的温度一致性进行测试与评价,旨在为余热利用、提升温度均匀性等先进热管理技术的研究提供测试手段与数据基础,对推进氢燃料电池汽车的节能化、高效化具有重要意义.     

电催化剂Pt的原子状态和性质

依据纯金属单原子理论(OA)确定了面心立方结构(fcc)电催化剂Pt的原子状态为[Xe](5d_n)^6.48 (5d_c)^2.02 (6s_c)^1.48(6s_f)^{0.02, 并对金属Pt的密排六方结构(hcp)和体心立方结构(bcc)初态特征晶体及初态液体的原子状态进行了研究, 在此基础上解释了Pt的原子状态与晶体结构、催化性能、导电性的关系, 并通过计算得到了fcc-Pt的势能曲线、体弹性模量和热膨胀系数随温度变化的曲线.}     

TiO2薄膜的光电催化性能及电化学阻抗谱研究

用直流磁控溅射法在钛网上制备了TiO2薄膜催化剂,采用电化学阻抗谱（EIS）对其阻抗谱特征进行了表征.同时以偶氮酸性红溶液为模型污染物,验证了此工作电极在不同条件下的光电催化活性与阻抗谱之间的关系.研究表明：光电催化实验中TiO2薄膜在同时有紫外光和外加阳极偏压的情况下,有效实现电子-空穴分离,具有最好的催化活性;最佳的外加阳极偏压值为0.3V;其EIS Nyquist图上阻抗环半径也在此时最小,最容易发生反应,与光电催化实验结果一致.     

海基合成燃油系统关键单元的热力学分析与优化研究进展

本文在简要回顾化学反应过程有限时间热力学研究的基础上,从海基合成燃油系统的碳、氢源捕获子系统各单元(包括电化学海水酸化单元,酸化海水CO2捕集单元,氢气(H2)获取单元)、燃料催化合成子系统各单元(包括"长链烃裂解"合成燃油技术路径中逆水气变换单元反应器、费托合成单元反应器,"短链烃聚合"合成燃油技术路径中CO2氢化合...     

层状钙钛矿结构铁电薄膜高场耗散效应

以层状钙钛矿结构铁电薄膜Pt/SrBi2 Ta2 O9/Pt(Pt/SBT/Pt)三明治结构薄膜电容系统为例 ,研究了铁电薄膜高场耗散效应 .详细讨论了铁电薄膜高场漏电特性、击穿特性和瞬变电流特性以及铁电薄膜高场耗散效应产生的机理 .发现SBT薄膜漏电机制是从体限制过渡到电极限制为主 ,击穿电场与电极有效面积的对数成负线性关系 ,瞬变电流与极化反转无关 .理论分析与实验结果一致 .     

新技术、新产品

混合动力车和燃料电池车　　有论文指出 ,现有的汽油 /电力混合动力车 (hybridcar)已经具有许多未来的氢燃料电池车在环境保护和能源独立方面的优点。在限制大气二氧化碳释放量和帮助实现能源独立方面 ,如今的混合动力车可能不比未来的氢燃料电池车差 ,至少在能可持续地生产氢气以前是这样。混合动力车有一个电动机和一个并行的驱动系统 ,能部分地捕获汽车怠速和刹车时所损失的能量。作者指出 ,在汽油价格比美国高许多的欧洲 ,混合动力车的优越性明显高于传统的内燃汽车。他们说 ,政府应该考虑增加对混合动力技术研发的支持 ,同时适当设立混…     

基于YSZ的钨酸铁氢气传感器气敏特性研究

采用水热法合成了钨酸铁纳米材料,应用XRD和SEM对钨酸铁纳米材料进行了表征和分析,研制了一种基于YSZ的混合电位型FeWO_4/YSZ/Pt氢气传感器.在500℃时,氧气浓度为10%条件下,基于YSZ的钨酸铁传感器对浓度80~960 ppm的H_2有着良好的气敏性能,并对CO,C_3H_8,NO_2这些可能的干扰气体有着优异的选择性,传感器同时具有良好的重复性和一致性.与已有的MnWO_4/YSZ/Pt和CdWO_4/YSZ/Pt氢气传感器对比发现FeWO4/YSZ/Pt氢气传感器性能更佳.     

轻金属硼氢化物可逆储氢材料研究进展

发展高效、安全的储氢材料/技术被公认为是推进氢能规模化商业应用的关键环节.相比于高压气态和低温液态储存方式,材料基固态储氢因能量密度高且安全性好,被认为最有发展前景.在诸多储氢材料中,轻金属配位硼氢化物氢含量多〉10 wt%,在储氢密度方面具有用作车载氢源的潜力,业已成为近年来储氢材料领域的研究热点.在简述轻金属配位硼氢化物储/放氢反应机理研究的基础上,着重从阴/阳离子替代、构建反应复合体系、纳米相结构调制等方面概述了改善硼氢化物综合储/放氢性能的最新研究进展,旨在明确轻金属硼氢化物储氢材料研究中的关键问题及未来研究方向.     

二氧化碳埋存对地层岩石影响的室内研究

利用XRD,SEM,三轴岩石实验系统及岩心驱替实验装置研究了二氧化碳溶蚀对储层岩石矿物组分、孔隙结构及力学性能的影响.结果表明,在一定条件下,二氧化碳对岩石的溶蚀主要受岩石的结构和构造、流体组成及外部动力条件的影响,即具有层理构造的岩心,其层理面是优先溶蚀区域,应力变化时这些部位微裂纹的产生及扩展的几率最大,主应力也有一定的控制作用;在稳定水体环境控制的块状构造的岩心中,CO2的溶蚀导致岩心孔隙变大,并产生次生孔隙;裂缝的形成受溶蚀、流动方向及应力的共同控制.在二氧化碳水溶液注入过程中,出口端气体流速有一个突然大幅度增加的过程,表明流动过程中发生的溶蚀作用产生了2种变化:(1)岩石微裂缝的产生及闭合;(2)岩石颗粒的运移.静态溶蚀实验表明,随着溶蚀时间的增加,岩石的抗拉强度及抗压强度均下降,证实了胶结强度的明显下降.渗透率的增加及微裂纹(或裂缝)的产生造成封存的效果变差,从而影响了封存的效果.     

甲烷/氢气双燃料均质压燃式燃烧特性研究

利用气相化学反应模拟软件Chemkin模拟甲烷与氢气混合的燃烧过程,分析讨论了添加不同比例的氢气对燃烧参数的影响。研究结果表明:随着掺氢比的增加,反应物燃烧速度加快,缸内温度、压力随之升高,CO与CO2的排放变化不是很大,NO的排放有所增加;在掺氢比为50%的时候,气相反应的净产热达到最高值。     

多孔阳极氧化铝模板制备金属/合金纳米管的研究进展

阳极氧化铝(AAO)模板具有纳米级的高密度孔阵列,孔直径、长度可调,在一维纳米材料的制备中得到广泛应用。本文介绍了利用AAO模板制备金属/合金纳米管的五种制备方法,并对其优缺点作了相应的概括和评价。     

铈钛氧化物介孔毫米球的制备及其催化臭氧氧化特性与机理

开发兼具高催化活性和优良流体力学与传质性能的催化剂对发展高效水处理臭氧氧化技术具有重要意义.本研究开发了以廉价无机金属盐为原料的前驱体溶胶预混-海藻酸水凝胶球模板法,实现了Ce-Ti双金属氧化物介孔毫米球催化剂的经济制备.通过N_2吸附-脱附、XRD、XPS、SEM-EDS、TEM-SAED、拉曼光谱、NH_3-TPD等手段对制备的催化剂进行系统表征,考察Ce/Ti摩尔比和煅烧温度对催化剂结构和催化活性的影响,探究其催化臭氧氧化的特性与机理.结果表明无定形材料催化活性高于晶型材料,催化活性与表面酸性位点密度呈正相关,阐明了羟基自由基为该材料催化臭氧氧化的主要活性物种.优选的Ce_(0.5)Ti_(0.5)O_2介孔毫米球具有高比表面积(199 m~2g~(–1))、适宜的介孔结构(平均孔径3.59 nm),富含Ce–O–Ti键活性位点,催化臭氧氧化活性高,可在90 min内将100 mg L~(–1)草酸几乎完全矿化(99%),连续5轮重复实验后催化活性无明显降低,呈现出优异的催化稳定性.另外, Ce_(0.5)Ti_(0.5)O_2介孔毫米球催化臭氧氧化降解双氯芬酸等四种污染物的矿化率相比无催化剂臭氧氧化提高18.7%～54.0%,展现出优良的应用前景.     

氢固溶对钛合金超塑性影响的价电子结构分析

钛合金的热氢处理(thermo-hydrogen treatment,THP)可以增加塑性相的体积分数,促进位错运动和降低流动应力,从而改善超塑性性能,有效降低钛合金的热加工难度,目前对钛合金热氢处理作用机理的解释多在晶粒和组织层面,少量电子结构层面的分析也不够明确,无法从本质上解释氢的固溶对α-Ti和β-Ti的致塑机理.本文运用固体与分子经验电子理论(empirical electron theory,EET)研究了氢在α-Ti,β-T_i的不同位置固溶时Ti的价电子结构变化,通过键距差方法(bond length diffrence method,BLD)计算得出了Ti原子间共价键电子对数、键能大小及滑移面间晶格电子密度,指出氢固溶后,滑移系上Ti-Ti键间共价电子对数、键能的明显下降及滑移面间晶格电子密度的增加是钛合金氢致超塑性的重要原因.     

一种染料敏化太阳电池用新型对电极的研究

介绍了一种新型染料敏化太阳电池用对电极结构,由基底材料、一层Al和其上的Pt构成.该新型对电极可以显著提高染料敏化电池的光电转换效率,由通常的3.46%提高到7.07%（AM1.5）.对该新型对电极的电学、光学性能以及耐腐蚀特性等进行了研究,分析了其优缺点,并提出了一系列改进方案.     

疏水性固体酸Zr(SO4)2·4H2O/AC催化合成柠檬酸三乙酯

将Zr(SO4)2·4H2O(ZS)负栽在活性炭(AC)上制备疏水性固体酸ZS/AC催化剂,用于催化合成柠檬酸三乙酯.探讨了各影响因素对柠檬酸三乙酯收率的影响.结果表明,当四水硫酸锆的负载量为30%、催化剂处理温度为110℃、催化剂用量为柠檬酸质量的4%、酸醇摩尔比为1:5.5、100℃反应5 h时,产物收率可达97.6%.催化剂重复使用四次后产率仍保持在93%以上,且易分离,不污染环境.     

磨细高炉矿渣和硅灰对重复荷载作用下混凝土氯离子透过性的影响

研究了磨细高炉矿渣(GGBFS)与硅灰(SF)对重复荷载作用下混凝土中氯离子透过性的影响.磨细高炉矿渣的掺量分别为20%,30%,40%,硅灰的掺量分别为5%和10%,并对混凝土试件施加了5次最大荷载为40%与80%圆柱体抗压强度()的重复荷载.混凝土的氯离子透过性利用氯离子加速迁移装置阳极溶液中的氯离子浓度进行评价.结果表明:掺加20%,30%矿渣的混凝土及5%和10%硅灰的混凝土氯离子透过数量低于基准混凝土,掺加40%矿渣的混凝土氯离子透过数量高于基准混凝土.最大荷载为40%与80%的5次重复荷载增大了混凝土的氯离子透过数量,掺加5%硅灰的混凝土与掺加20%矿渣的混凝土抗氯离子渗透性相当.     

La和Nd掺杂的硅基Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的无疲劳特性及其机理的比较研究

采用优化的溶胶-凝胶(Sol-gel)技术,同一工艺条件下在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上成功地制备了Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)和Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜.X射线衍射(XRD)测试表明BLT和BNT薄膜具有单相的取向随机的多晶微结构;扫描电镜(SEM)的观测显示了这些薄膜具有50~100nm晶粒构成的均匀致密的表面形貌.利用铁电测试仪测定了以Cu为上电极而形成的金属-铁电薄膜-金属结构的电容器的铁电性能,得到了很好的饱和电滞回线.在最大外加场强为400kV/cm时,BLT和BNT薄膜的剩余极化强度(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别为25.1μC/cm2,203kV/cm和44.2μC/cm2,296kV/cm.疲劳测试表明,在1MHz频率测试下经过1.75×1010次读写循环后,由BLT和BNT薄膜组成的电容器几乎没有表现出疲劳,呈现很好的抗疲劳特性.分析比较了La和Nd掺杂对薄膜结构及铁电性能的影响及其机理.     

阳极氧化温度对Al-Ti复合氧化膜结构和电性能的影响

采用水解沉积-阳极氧化方法制备了高介电常数的Al-Ti复合氧化膜. 通过膜溶解试验, 膜成分AES深度分析及电性能测试, 研究了恒电流阳极氧化过程中, 阳极氧化温度对Al-Ti复合氧化膜的生长、结构及电性能的影响. 结果表明, 随着阳极氧化温度升高, Al-Ti复合氧化膜的形成速率增大, 氧化膜的结构由两层转变为三层, I-V特性也发生显著变化, 铝电极箔的比容有一最大值. 50℃所形成氧化膜的局部击穿最明显, 氧化膜的漏电流最小, 而耐电压最高.     

纳米TiO2/ZnO光催化降解氯胺磷的研究

采用溶胶-凝胶法制备了几种不同比例的纳米TiO2/ZnO复合半导体光催化剂及纯TiO2、ZnO单组分催化剂,并利用XRD,FE-SEM等手段对样品的结构和形貌进行表征.选用有机磷药氯胺磷为光催化降解对象,利用钼锑抗分光光度法测量并计算降解率,研究了溶液初始浓度、催化剂用量、催化剂的不同配比、热处理温度及溶液的pH值等因素对光催化降解效果的影响.实验结果表明:对于初始浓度4.5mg/L的氯胺磷溶液,催化剂用量为0.6 g·L<'-1>时,TiO2与ZnO的最佳比例为10:1,最佳热处理温度为500℃.反应进行5 h后,最大降解率可达到44.1%.在酸性及碱性介质中均有利于氯胺磷的降解,降解后溶液pH值都向中性趋近     

前驱体中Bi含量对Bi_(3.4)Ce_(0.6)Ti_3O_(12)薄膜结构和性能的影响

分别配制了Bi含量为90,100和110mole%的前驱体,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜,研究前驱体中Bi含量对其微观结构和铁电性能的影响.前驱体中Bi含量增加可以有效地改善薄膜的结晶性能和表面形貌.对Pt/Bi3.4Ce0.6Ti3O12/Pt电容结构进行电学性能测量,发现Bi过量10%的前驱体制备的Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜具有较好的性能:室温下,在测试频率1kHz时,其介电常数为172,介电损耗为0.033;在测试电场为600kV/cm时,其剩余极化值(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别达到67.1μC/cm2和299.7kV/cm;同时还表现出良好的抗疲劳特性和绝缘性能.