一代天骄菌紫质

光是一种能量,以是一种信息量密集的载体,具有能量转换、信息记录、信号变换等一系列功能. 通常采用无机晶体、半导体或有机材料作为获取光具有上述性能的基体但是,随着科学技术的迅猛发展,实践证明:这些"传统"型材料已显得力不从心了,大有勉为其难的"苦衷"!     

膜蒸馏技术在能量转换过程中的应用: 基础与展望

膜蒸馏技术是传统蒸馏工艺与膜分离技术相结合的一种新型高效分离技术. 根据膜蒸馏的机理和能量转换过程的特点, 通过焓-浓度图等方法, 对膜蒸馏技术应用于典型能量转换过程的热工学和制冷技术中的原理及可行性进行了分析, 主要包括利用膜蒸馏技术对溶液的浓缩分离特性, 提出了基于真空膜蒸馏技术的盐类溶液的真空膜蒸馏解吸/再生过程, 可应用在溴化锂吸收式制冷系统和蓄能系统中, 也可应用在温/湿度独立控制空调系统中溶液除湿剂的再生循环系统中, 目的是使系统能充分利用低品位的废热、余热以及可再生能源如太阳能、地热能等廉价能源, 提高热源的可利用温差; 利用膜蒸馏技术中因传质而携带的潜热传递作用和膜间导热作用, 提出了基于直接接触式膜蒸馏的新型膜式热交换器, 可应用于溴化锂吸收式制冷系统的溶液热交换器和可进行热量与纯净水双重回收的特种换热器中. 对于膜蒸馏技术能量转换过程的工程应用问题, 指出了今后的主要研究重点和内容.     

碱金属氧化物对锗碲酸盐玻璃上转换发光性能的影响

研究了Yb³⁺/Er³⁺共掺锗碲酸盐玻璃在980 nmLD抽运下的上转换发光光谱, 发现随着碱金属离子半径的增大, 上转换发光强度明显增强. 基质玻璃的Raman光谱显示: 玻璃的最大声子能量并不随碱金属氧化物之间的取代而发生变化, 表明最大声子能量并不是锗碲玻璃上转换发光强度增大的原因. 从玻璃无辐射跃迁的角度分析表明: 最大能量声子密度的降低是影响Yb³⁺/Er³⁺共掺锗碲玻璃上转换发光强度增大的主要原因.     

空间站热管理

热管理是空间站热控制的更高层次,它从系统整体和集成的角度研究空间站的能量转换、输送排散和利用等过程以及各子系统之间内在的联系,提出提高空间站能源利用效率的热管理技术和布局方案。运用热力学原理提高整个空间站能量利用效率、减少废热排散的热管理技术、相关的专项技术研究、集成式热管理系统、空间站热管理运行机制的动态分析和热管理模拟仿真平台等。开展空间站热管理研究不仅仅是发展大型空间站的需要,也是提高我国空间站研究和设计水平的需要。     

寂态热力学发展的新趋势

寂态热力学是研究热力学体系所包含的一切运动形式的能量和相应的(火用)传递、转换及相关规律的科学.传统工程热力学一般仅涉及少数几种能量和(火用)形式,并主要集中于能量及(火用)的静态转换规律的研究.能量的开发和利用对理论的发展提出了新的要求,对传统的热力学体系的描述和与之相应的各种定律的表达形式已不能满足理论研究和实际应用的要求.因而必须超越对一般意义下的能量的认识.在理论上对物质的运动变化和相互作用的涵义作进一步探索.从更深、更广的层次上研究能量和(火用)的传递和转换规律.     

质子交换膜燃料电池催化层模型研究进展与展望

质子交换膜燃料电池是一种零/低碳排放的高效能量转换技术,对我国实现“碳达峰、碳中和”战略目标具有重要意义.催化层是直接决定电池性能与寿命的关键组件之一,也是电池规模化商用的核心.催化层具有复杂的多物理场多尺度耦合输运反应过程,需要借助精确的数值模型来理解内部的传输与反应机制.本文回顾了近年来氢燃料电池催化层模型的研究进展,重点介绍了典型模型的建模思想,讨论了不同模型的适用性,简述了典型应用参考实例,并对模型的未来研究方向提出了一些建议.     

Pt合金催化剂电化学活性面积表征方法综述

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells, PEMFCs)作为高效清洁的电化学能源转换装置,是目前应用最广泛、研究最热门的氢燃料电池之一.基于PEMFCs的低成本与高性能需求, Pt合金催化剂极具研究前景.电化学活性面积(electrochemical active surface area, ECSA)是筛选燃料电池高效催化剂以及研究催化动力学基础理论的重要参数,其评价的准确性至关重要.对于Pt/C催化剂ECSA的表征方法已经成熟,然而Pt合金因其不同于Pt/C催化剂的化学组成和结构,直接将传统Pt/C催化剂ECSA表征方法移植到Pt合金催化剂,将不再满足表征准确性需求.本文对Pt合金催化剂ECSA的表征方法及其表征ECSA偏差的来源进行综述.     

“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统的研究现状及发展趋势

发展新一代“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统是能源行业高质量发展和提高可再生能源消纳水平的必然需求,加快其发展对构建多能互补、灵活、智慧的能源系统具有重要意义.目前,我国能源系统转型与升级进程加快,能源系统多能流交织、多品位分布、多时空尺度等特征愈发突出,给能源的高效利用带来新的理论和技术挑战.为实现异质能流系统的协同发展,还需要突破单一能流系统能量转换分析的局限,从能质、能量品位的角度,解释不同能源系统间的耦合逻辑并指导能源结构优化和能量管控,解决异质能流多尺度协同响应难等问题.因此,本文以“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统的构成和特征为切入,明晰了异质能流系统基础架构及各层间的关系,阐明了按质用能思想和能量品位相匹配对构建高效能量梯级利用系统、实现能量有序按需转化的重要性,总结了异质能流系统动态响应特性与协同调控、结构优化和能量管控等研究现状和挑战,并对未来能源系统的发展提出了一些建议.     

有机朗肯循环控制系统的设定值优化

提出了一种优化有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)控制系统设定值的方法.由于ORC系统中存在扰动及工况点的变化,有必要根据运行工况实时调整控制回路设定值,以提高ORC系统的能量转换效率.首先,回顾ORC系统性能分析及优化等相关文献,探讨了ORC控制系统设定值优化问题;然后采用基于遗传算法的最小二乘支持向量机(Genetic Algorithm-Least Squares Support Vector Machine,GA-LSSVM),确定了ORC过程控制系统的最优设定值.仿真结果表明当ORC系统的工况发生变化时,由GA-LSSVM算法可以快速确定ORC控制系统的最优设定值.     

日新月异的燃料电池

燃料电池(FC)类似一种小型发电厂。从1893年格罗夫发表世界上第一篇关于燃料电池的报告至今已有100余年的历史。它既像常规电池——没有普通电厂的汽轮/水轮发电机组,又像一种无声化学电站,把氢气(或重整氢、天然气、净化煤气等)和空气输入到电池内,通过电—化学反应变成输出电流。 FC与普通电池相比,功率大、比功率(即功率与重量之比)大、比能量(即能量与重量之比)高、环保性好。它已经从早期工作电流密度低、成本高、可靠性安全性差的装置,变成了载入航天的标准能源,甚     

燃料电池技术的应用

五十年代末,宇航事业对高比能量的电源要求十分迫切.燃料电池因其不受卡诺循环的限制,具有转化效率高、比能量大等优点,引起了各国的浓厚兴趣.有关国家曾投入大量的人力和物力,进行了广泛深入的研究,促使燃料电池的理论工作日趋坚实,工艺水平步步提高.1965年,氢氧燃料电池首次用于宇航飞行,一举成功,使其研究工作猛然登上高峰。燃料电池技术的特点由于五、六十年代以来对燃料电池的大力开发研究,不但使现代电化学的核心——电极过程动力学(界面电子转移过程)有了大幅度的进展,而且象电催化这类催化理论的新分支也倍受重视,并取得了不少成果.为了提高电极过程的交换电流密度,减少电化学极化,迫使人们在寻找更有效的电催化剂方面做出了极大的     

能量系统热力学分析优化方法发展趋势

本文从热力学分析方法的产生和发展过程及其应用于能量系统节能优化的角度,说明了热力学分析方法发展的不同阶段。从热力学第一、第二定律分析到(火用)经济学以及环境(火用)经济学分析等方法的应用,综合考察了能量系统热力学完善性、经济可行性以及经济环境发展的可持续性。     

燃料电池用碱性阴离子交换膜链结构调控研究进展

碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFCs)因氧还原动力学快、可使用非Pt催化剂、成本低等优点迅速发展成燃料电池的重点研究领域.作为AAEMFCs的核心组件,碱性阴离子交换膜(AAEMs)的性能直接影响着燃料电池的输出性能和使用寿命.为保证燃料电池高效、稳定、长时间的运行,AAEMs应具备高的离子电导率、尺寸及化学稳定性.但目前开发的膜尚难同时满足这些要求,在实际应用中依然面临阴离子传输效率与尺寸稳定性难以兼顾、碱性稳定性较差等问题.本文将结合近年来国内外及本课题组的研究进展,梳理AAEMs发展中存在的关键问题与解决思路,展望未来的发展方向.     

血液热解聚合物的结构变化及其氧还原反应电催化性能

<正>空气电极中的氧还原反应(ORR)控制和影响着燃料电池(或金属燃料电池)的综合性能.当前使用铂催化剂是加速ORR迟缓动力学最有效的方法,但金属铂资源匮乏、价格昂贵,极大地阻碍和限制了燃料电池的商业化发展.为此,开发出具有低成本、高催化性能和稳定性等特点的新型非铂ORR催化剂对快速实现燃料电池商业     

湿气发电机的研究进展、应用和展望

随着化石资源的枯竭和环境污染的加剧,人类对绿色可再生能源的需求与日俱增.开发新型绿色能源是缓解能源危机的有效方法之一.水作为一种丰富的可再生资源,能够通过流动、蒸发、扩散等运动实现能量转换.水分子在地球表面的主要存在形式包括固态、液态和气态3种.为有效利用水资源,已制造出水力发电、潮汐能发电等使用液态水的大型设备.近年来,水分子与功能材料间的水伏效应掀起了对湿气发电的研究热潮.湿气发电机能够利用环境中的湿气能量产生电能,其过程主要包括电荷有效分离和载流子不对称运动.湿气发电机具有体积小、易制备、易集成等优点,能够从人体日常生理活动(如呼吸、出汗等)中收集能量并转化为电能,在便携式柔性电源和自供能传感器等领域具有巨大的应用潜力.本文总结了湿气发电机的基本原理、材料和结构设计方法及典型应用,并对湿气发电机的发展趋势进行了展望.     

藻胆体-类囊体膜复合物内能量传递机制研究——Ⅰ.光状态转换技术和光谱解叠方法

目前,对藻类光合作用原初过程的研究大多集中在藻胆体(PBS)、孤立藻胆蛋白(Biliproteins)及PSⅡ和PSⅠ反应中心上,得出激发能在这些复合物内的定性流向和定量参数,从而为这一领域进行深入研究奠定了可靠的基础。然而,由于上述研究是对孤立的或部分的光合器而不是对整体来进行的,所以,它不可能解释藻胆体为什么能将其所吸收的光能高效地和快速地传递给反应中心并将其在两个反应中心(PSⅡ和PSⅠ)之间进行合理地分配。为了解决这一问题,一些研究人员利用光状态转换(Light state transition)技术和时间分辨光谱技术对整藻细胞进行研究,基于研究结果,人们对藻胆体向光合反应中心能量传递机制找出3种可能的模式:(1)“溢出”模型(Spillover over model),该模型认为:能量传递途径是PBS-PSⅡ-PSⅠ;(2)二元复合物模型,也就是说PBS-PSⅡ复合物和PBS-PSⅠ复合物独立存在,能量传递途径是PBS-PSⅡ和PBS-PSⅠ;(3)三元复合物模型,它认为存在一个三元复合物(PSⅡ-PBS-PSⅠ),能量从PBS向PSⅡ和PSⅠ分配是通过PBS在该复合物中精确的位移来调节的。许多研究结果表明能量“溢出”模型不是能量从PBS向PSⅠ传递的主要途径。目前蓝藻光合作用光状态1和光状态2的相互转换的分子作用机制还不清楚,鉴于此,本文通过对藻胆体-类囊     

神奇的能量转换之旅——发电球过山车

在一座古老的龙城之下,穿越神秘而狭窄的迷宫,你会豁然开朗,呈现在眼前的是一套跨区域连接着的巨型展项——发电球过山车。正当你跃跃欲试的时候,突然一群小孩蜂拥而至,追逐着五彩艳丽的圆球。伴随着轰隆隆的滚动声和孩子们打闹的喧哗声,一段能量转换的神奇之旅就此展开……发电球过山车是科技馆跨区域最大的展项之一,横跨了整个龙城,由提升装置、风车、水车和发电塔等设备构成,     

人体科学应用基础研究的新动向

生物体在作任何动作时,都必须伴随着物质的转换、移动和能量的转换。因此在考虑生物体机能的时候,可以认为这全部是物质和能量转换机能,而且有的时候把物质和能量转换的结果当作信息转换这种机能的出现来理解,如此更易于理解高级的生物体机能。因此人体机能最重要的基础机能也是物质和能量的转换机能和信息转换机能。这里所指的物质和能量的转换机能,可以把物质和能量转换本身当作物质和能量转换机能的出现来理解,是指植物所具有的光合机能、微生物所具有的各种物质生产机能以及肌肉的收缩机能等。这里所指的信息转换机能是指创造和思考、记忆、学习和认识     

温差电技术的研究进展

温差发电是利用热电转换材料将热能转化为电能的全静态直接发电方式, 具有设备结构紧凑、性能可靠、运行时无噪声、无磨损、无泄漏、移动灵活等优点, 有微小温差存在的情况下即可产生电势, 在军事、航天、医学、微电子领域具有重要的作用. 近几年随着能源与环境问题的日益突出和燃料电池的实用困难, 温差电作为适应范围广和符合环保的绿色能源技术吸引了越来越多的关注. 介绍了温差电技术的机理, 综述了最新研究进展和提高发电效率的途径, 并提出利用废热进行温差发电和开发温差电传感器是我国当前应该优先发展的研究方向.     

从热质能到暗能量——暗能量起源的再探索

暗能量构成了我们已知宇宙物质的68%,被成功用于解释目前标准宇宙模型中的宇宙加速膨胀现象.但是,学界对于暗能量的起源这一基本问题尚存在较大分歧,成为宇宙学中最重要的难题之一.本文试图从热质理论出发,基于能量守恒原理探索暗能量的起源.热质理论是近年来传热学中发展的新理论,其中包括热质、热质速度和热质能等新物理量.热质是热量的相对论性质量,热质能是相对论性能量.在地球上的温度和压力条件下,热质和热质能的量级远远小于物体的静质和静质能,但在宇宙大爆炸后的初期,温度可以达到1015°C以上,此时热质能可以与静质能相当,甚至更大.高品位的能量形式,如电能、光能、机械能等在传递过程中会耗散为低品位的热能,因此在热量(热质)的传递过程中,热量(热质)的总量是守恒的,但是热质能会耗散为一种更低品位的,"不可见"的能量.该能量具有四个特点:可以充盈整个空间,具有极低的能量密度,负压力,随着时间逐渐增加.这些特性与暗能量的性质吻合,因此可以猜测暗能量来自于热质能的耗散,它是宇宙加速膨胀的动力来源并构成了目前宇宙的主体.