不可逆热容热电转换装置性能的优化分析

作     者：林比宏 黄志福 LIN BiHong;HUANG ZhiFu

作者机构：华侨大学信息科学与工程学院厦门361021 

出 版 物：《中国科学：技术科学》 (Scientia Sinica(Technologica))

年 卷 期：2020年第50卷第5期

页      面：551-561页

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:11675132,11775084,51874064) 福建省自然科学基金(编号:2016J01021)资助项目 

主　　题：超级电容 静电势 容性热电转换 有限时间热力学 性能特性 优化分析 

摘      要：基于超级电容的古伊-查普曼-斯特恩(CGS)双电层模型,本文建立一类不可逆热容热电转换装置循环的新模型.应用热力学理论和系统的能量平衡方程,导出该热容循环的回热量、输出功率和能量效率的表达式.通过数值计算,揭示热容循环的一般性能特性,分析循环的电量比、充电截止电压、回热过程的时间、双层距离、电解液浓度等重要性能参数对热容热电转换系统优化性能的影响.对于一些给定的参数,确定系统运行于最大功率下循环的电量比、双层距离、充放电过程的温度的优化值,给出循环的一些重要性能参数的优化范围.结果表明,为了获得循环的最优性能,采用CGS模型除了对充放电过程的温度和循环的电量比进行优化外,还可对电容的多孔电极的孔径进行优化,当充电截止电压为2 V时,优化的最大功率密度约为4.9 kW/m^2,相应的效率可达18.5%.本文所获得的结果可为实际热容热电转换装置优化设计和运行提供理论依据.