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三电平软开关变换器的研究

三电平软开关变换器的研究

作者：户伟玉东北大学

学位级别：硕士

在信息时代,各行各业都在迅速发展,发展的同时对电源变换技术提出了更高更多的要求,如提高效率、减小体积、降低谐波污染、节约能源、运行可靠等。研制大功率、高性能的开关电源仍是人们不断努力和追求的目标,三电平变换器应运而生,在... 详细信息

在信息时代,各行各业都在迅速发展,发展的同时对电源变换技术提出了更高更多的要求,如提高效率、减小体积、降低谐波污染、节约能源、运行可靠等。研制大功率、高性能的开关电源仍是人们不断努力和追求的目标,三电平变换器应运而生,在直流变换器领域的应用愈来愈广泛,已成为目前中大功率变换器的一个重要研究方向。三电平直流变换器的首要目的是为了降低开关管的电压应力,同时由于软开关技术的飞速发展,将软开关技术和三电平技术融合在一起,成为研究的热点问题。本文首先介绍半桥型三电平直流变换器的推导过程以及结构组成,重点研究了基本移相式零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS)三电平变换器,其集成了谐振变换器和PWM (Pulse-Width-Modulation)变换器的优点。虽然基本ZVS-PWM三电平变换器实现了开关管的ZVS,但同时存在滞后管较难实现软开关、环流损耗、副边占空比丢失、输出整流管将承受较高的尖峰电压等缺陷问题。这些缺点推动了软开关三电平直流变换器的进一步发展,从添加辅助回路的零电压三电平变换器逐渐向零电压零电流(Zero-Voltage-Zero-Current-Switching,ZVZCS)三电平变换器转变,本文对几个典型拓扑进行了分析,引出了本文提出的新型ZVZCS三电平变换器。然后对这种新颖的ZVZCS PWM三电平变换器进行研究。该变换器仍然采用移相控制方式,次级辅助回路不含有耗能元件和有源开关,继承了三电平变换器的所有优点,主开关管的电压应力为输入电压的一半,非常适合高电压大功率场合。利用带抽头的输出平滑电感、并联电容、变压器寄生电感,可在较宽负载范围内实现所有开关管的软开关。同时该变换器可有效地抑制开关管的电压、电流尖峰,降低回路的环流损耗。本文分析了该电路拓扑的软开关工作机理及软开关动作模式,给出不同工作模式下的等效电路图,对变换器软开关动作时序中每一个模式的动态过程进行简要的数学分析;讨论了其电压输出特性、软开关实现条件、开关管电流应力以及回路环流损耗,介绍了回路参数设计方法。最后,通过对电路进行了计算机仿真分析,验证了新型ZVZCS PWM三电平变换器的工作原理和可行性以及理论分析的正确性。

关键词：三电平直流变换器零电压开关零电压零电流开关环流损耗

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可充镁电池负极/电解液界面调控研究进展

中国科学：化学 2024年第1期54卷 121-132页

作者：张蒙赵婉玉杨晓伟上海交通大学化学化工学院上海200240

我国镁资源的高自然丰度,以及对高能量密度和安全储能设备的需求激发了人们对可充镁电池(RMB)的研究兴趣.然而,在充放电过程中,镁金属负极表面钝化层的形成、金属镁的不均匀沉积以及金属镁与常规电解质的相容性差等严重影响了镁电池的性... 详细信息

我国镁资源的高自然丰度,以及对高能量密度和安全储能设备的需求激发了人们对可充镁电池(RMB)的研究兴趣.然而,在充放电过程中,镁金属负极表面钝化层的形成、金属镁的不均匀沉积以及金属镁与常规电解质的相容性差等严重影响了镁电池的性能.镁金属负极与电解液界面的稳定性在很大程度上决定了电池循环稳定性和库伦效率.本文概述了近年来镁二次电池界面失效机制的研究进展,并总结了构建高导离子而电子绝缘的电极/电解质界面策略.最后,展望了稳定镁负极/电解液界面和实现高性能镁二次电池的未来发展方向.

关键词：镁金属电池镁负极电解质钝化层固体电解质界面

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钒电池用聚胺薄层复合膜研究

化学学报 2024年第1期82卷 16-25页

作者：滕祥国张良伟韩晓玉李郭威戴纪翠哈尔滨工业大学(威海)海洋科学与技术学院应用化学系威海264209

钒电池(VRB)具有容量和功率相互独立、易于模块化、寿命长和安全性高等优点,因此特别适合作为大规模储能系统使用.隔膜是VRB的核心部件之一,对电池的综合性能和成本影响巨大.全氟磺酸膜如Nafion(杜邦)具有化学稳定性高、电导率高和机械... 详细信息

钒电池(VRB)具有容量和功率相互独立、易于模块化、寿命长和安全性高等优点,因此特别适合作为大规模储能系统使用.隔膜是VRB的核心部件之一,对电池的综合性能和成本影响巨大.全氟磺酸膜如Nafion(杜邦)具有化学稳定性高、电导率高和机械性能好等优点,因此是当前VRB中所广泛使用的商业化隔膜.然而,Nafion用于VRB时存在着钒离子渗透率高和成本高两大主要缺点,严重制约了VRB的商业化进程.薄层复合(TFC)膜具有皮层和支撑层易调控、制备简单和离子选择性高等特点,特别适合于在VRB中使用.但是传统的聚酰胺型TFC膜在VRB强酸电解液中存在潜在的水解和分解问题.为了制备VRB用高稳定性TFC膜,本工作以聚乙烯亚胺(PEI)和三聚氰氯(CC)作为两相单体,通过界面聚合法制备了不含酰胺基的聚胺型TFC膜并应用于VRB.在此基础上,对所制备复合膜进行了钒离子渗透率、单电池充放电性能、化学稳定性和长期循环稳定性等物化性能及电化学性能研究.结果表明:聚胺TFC膜(M_(T))的钒离子渗透系数为3.17×10^(-7) cm^(2)·min^(-1),远小于基膜M_(0) (30.89×10^(-7) cm^(2)·min^(-1))和商业N 115膜(Nafion 115,10.91×10^(-7) cm^(2)·min^(-1)).M_(T)膜在40 m A·cm^(-2)的电流密度下的能量效率(EE)高达86.2%,远高于M_(0) (74.9%)和N 115 (80.0%)膜.化学稳定性测试表明M_(T)膜的钒离子渗透系数损失率为4.42%,低于M_(0) (8.93%)和N 115 (4.86%).在80 m A·cm^(-2)的电流密度下100次充放电循环内,所制备TFC膜具有稳定的库仑效率、电压效率和能量效率.该TFC膜是理想的商业Nafion膜替代产品,在VRB中有良好的应用前景.

关键词：钒电池聚胺薄层复合膜界面聚合多孔膜

非平衡条件下金属氯化物-氨工质对的吸附动力学研究

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化工学报 2024年第6期75卷 2252-2261,F0004页

作者：陈彦伶袁炳志王丽伟张宸朱涵玉上海交通大学中英国际低碳学院上海201306 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

金属氯化物-氨是化学吸附式制冷和储热的常用工质对,其现有的动力学模型存在复杂或动力学参数变化无规律的问题,也不能准确地独立描述多反应阶段的吸附过程。以MnCl_(2)/NH3和CaCl_(2)/NH_(3)为代表工作对,针对0.29、0.42和0.61 MPa的... 详细信息

金属氯化物-氨是化学吸附式制冷和储热的常用工质对,其现有的动力学模型存在复杂或动力学参数变化无规律的问题,也不能准确地独立描述多反应阶段的吸附过程。以MnCl_(2)/NH3和CaCl_(2)/NH_(3)为代表工作对,针对0.29、0.42和0.61 MPa的反应压力,进行吸附/解吸性能测试,在类比模型基础上耦合Sigmond函数,建立考虑压力势(μ)、反应速率常数(k)和反应滞后常数(n)的吸附量型动力学模型。鲁棒性测试结果表明:针对不同氯化物、不同反应阶段(Ca_(2-4-2)和Ca_(4-8-4))和不同反应方向(吸附和解吸)所建立的非平衡动力学模型的拟合曲线与实验数据点吻合度较高,拟合优度R2均高于0.97;模型参数随工况呈规律变化,同一反应压力下k与吸附温度负相关,与解吸温度正相关,|n|与解吸温度负相关。

关键词：氨吸附金属氯化物动力学模型 Sigmond函数多反应阶段

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In_(2)O_(3)/Bi_(19)Br_(3)S_(27)S型异质结增强光催化CO_(2)还原

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Science China Materials 2024年第2期67卷 514-523页

作者：卞玉琴何厚伟 Graham Dawson 张金锋代凯 Laboratory of Green and Precise Synthetic Chemistry and Applications Ministry of EducationAnhui Province Key Laboratory of Pollutant Sensitive Materials and Environmental RemediationAnhui Province Key Laboratory of Intelligent Computing and ApplicationsAnhui Province Industrial Generic Technology Research Center for Alumics MaterialsHuaibei Normal UniversityHuaibei 235000China Department of Chemistry Xi’an Jiaotong Liverpool UniversitySuzhou 215123China

近年来,半导体催化剂因其较强的氧化还原能力和较好的稳定性而受到广泛关注.然而,光生电子和空穴对易复合和低氧化性导致单一半导体催化剂难以实现实际应用.深入研究表明,S型异质结具有独特的电子和空穴分离机理、强大的氧化还原能力和... 详细信息

近年来,半导体催化剂因其较强的氧化还原能力和较好的稳定性而受到广泛关注.然而,光生电子和空穴对易复合和低氧化性导致单一半导体催化剂难以实现实际应用.深入研究表明,S型异质结具有独特的电子和空穴分离机理、强大的氧化还原能力和较强的载流子分离驱动力.本研究以在In_(2)O_(3)纳米球上生长的Bi_(19)Br_(3)S_(27)纳米花为原料,采用水热法合成了In_(2)O_(3)/Bi_(19)Br_(3)S_(27)梯形异质结.这种梯形异质结有效地促进了光生电荷载流子的分离和转移.结果表明,In_(2)O_(3)/Bi_(19)Br_(3)S_(27)复合材料对CO_(2)的还原产率高达28.36μmol h^(-1)g^(-1),分别是In_(2)O_(3)和Bi_(19)Br_(3)S_(27)的19和3.5倍.此外,通过原位漫反射红外傅里叶变换光谱对参与光催化反应的中间体进行了研究,揭示了光催化还原CO_(2)的反应过程.本工作为构建S型异质结光催化剂增强CO_(2)催化还原的方法提供了较好的研究思路.

关键词： photocatalytic CO_(2)reduction S-scheme heterojunction In_(2)O_(3) Bi_(19)Br_(3)S_(27)

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氧化钼纳米杂化物的可控构筑及催化性能研究

稀有金属 2024年第4期48卷 498-507页

作者：张丽珊张永伟后玉芝张阳亮云斯宁西安建筑科技大学材料科学与工程学院功能材料研究所陕西西安710055

开发具有高催化活性的对电极(CE)材料对提升染料敏化太阳能电池(DSSC)的光电转换效率(PCE)具有重要意义。在这项研究中,采用两步水热法,以MoCl_(5)为前驱体,去离子水为氧源,通过添加不同含量的Ni(NO_(3))2·6H_(2)O来可控制备3种不同形... 详细信息

开发具有高催化活性的对电极(CE)材料对提升染料敏化太阳能电池(DSSC)的光电转换效率(PCE)具有重要意义。在这项研究中,采用两步水热法,以MoCl_(5)为前驱体,去离子水为氧源,通过添加不同含量的Ni(NO_(3))2·6H_(2)O来可控制备3种不同形貌的氧化钼纳米催化剂(MoO_(2),MoO_(3)和MoO_(2)@MoO_(3))。采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和场发射扫描电镜(FESEM)对3种氧化钼纳米催化剂进行结构和形貌表征。由XRD结果可知:MoO_(2)和MoO_(3)分别为单斜相和正交晶相。由XPS结果可知:MoO_(2),MoO_(3)和MoO_(2)@MoO_(3)催化剂中都仅存在元素Mo和O的特征峰,无其余杂质存在。由FESEM结果可知:3种纳米催化剂的分别为球状MoO_(2),带状MoO_(3)以及带状上负载球状的MoO_(2)@MoO_(3)。由电化学和光伏性能测试结果可知:MoO_(2),MoO_(3)和MoO_(2)@MoO_(3)催化剂在I3-/I-电解液体系中的传荷电阻分别为85.09,16.33和3.66Ω·cm^(2)。使用MoO_(2),MoO_(3)和MoO_(2)@MoO_(3)对电极催化剂材料组装的DSSC,获得的PCE分别为7.13%,6.70%和7.28%,高于Pt电极的PCE(6.46%)。100次连续循环伏安测试结果表明:3种对电极材料具有较好的电化学稳定性可作为潜在催化剂材料使用。

关键词：氧化钼对电极(CE) 染料敏化太阳能电池(DSSC) 催化活性纳米杂化物

三维石墨烯-碳纳米管对超高性能混凝土机敏性能的影响

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材料导报 2024年第11期38卷 128-135页

作者：刘金涛崔娇伟周煜钱如胜孔德玉浙江工业大学土木工程学院杭州310023 浙江省工程结构与防灾减灾技术研究重点实验室杭州310023

本工作探索了掺加三维石墨烯-碳纳米管(Graphene-CNT,GC)的超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)复合材料的机敏性能,基于四电极法分析了不同GC掺量、加载幅度、加载速度、温度和含水率对UHPC的电阻率变化规律的影响... 详细信息

本工作探索了掺加三维石墨烯-碳纳米管(Graphene-CNT,GC)的超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)复合材料的机敏性能,基于四电极法分析了不同GC掺量、加载幅度、加载速度、温度和含水率对UHPC的电阻率变化规律的影响。研究结果表明:GC掺量对UHPC的28 d抗压强度影响不大;UHPC电阻率随着GC掺量的增加逐步降低,含有2.0%(质量分数,下同)GC的UHPC电阻率较R组下降了55.1%;UHPC试件电阻率随内部相对含水率的增加而降低,且二者存在线性关系;UHPC的电阻率随温度的升高而降低,电阻率的自然对数与绝对温度的倒数呈线性关系;UHPC电阻率变化率幅值随着加载幅度增大而增加,表现出良好的压敏特性,1.2%GC掺量下UHPC试件的压缩应力和应变灵敏系数分别达到0.2%/MPa和85.2。

关键词：三维石墨烯-碳纳米管超高性能混凝土电阻率压敏性能

小纤维正在改变大世界——记第十五届“光华工程科技奖”获得者、香港城市大学讲座教授胡金莲的科研人生

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科学中国人 2024年第7期 40-43页

作者：杨戈蔡巧玉户万不详

香港城市大学胡金莲教授创造并保持着诸多纪录。比如,她是获得美国纤维学会杰出成就奖的第一个亚洲人,是获得桑麻基金会纺织科学技术奖一等奖的第一位香港地区学者。她还是迄今为止在纺织及纺织材料领域中唯一的一位美国国家发明家科学... 详细信息

香港城市大学胡金莲教授创造并保持着诸多纪录。比如,她是获得美国纤维学会杰出成就奖的第一个亚洲人,是获得桑麻基金会纺织科学技术奖一等奖的第一位香港地区学者。她还是迄今为止在纺织及纺织材料领域中唯一的一位美国国家发明家科学院院士。她领导成立了全球第一家形状记忆纺织品研究中心,被誉为“记忆纤维”的创始人。这是一位永远追求领先一步的女性,她将这种性格也带入日常的科研工作之中,使她能够成为智能纺织品和纺织材料领域最活跃和富有成果的科学家之一。

关键词：杰出成就奖领先一步香港城市大学纺织材料智能纺织品光华工程科技奖讲座教授形状记忆

从损伤到重生——REF1小肽如何激发植物的内在再生潜能

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植物学报 2024年第3期59卷 347-350页

作者：廖人玉王佳伟中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海200032 中国科学院大学北京101408 新基石科学实验室上海200032

多细胞生物常因暴露在各种生物和非生物胁迫下而导致器官损伤或缺失。植物因固着性而演化出强大的再生能力以适应环境。尽管细胞损伤是植物组织修复和器官再生的原初物理诱因,然而引发再生反应局部伤口信号的化学本质及其调控再生机制... 详细信息

多细胞生物常因暴露在各种生物和非生物胁迫下而导致器官损伤或缺失。植物因固着性而演化出强大的再生能力以适应环境。尽管细胞损伤是植物组织修复和器官再生的原初物理诱因,然而引发再生反应局部伤口信号的化学本质及其调控再生机制一直是科学界的难解之谜。最近一项研究发现1个调控植物局部伤口响应与再生能力的小肽REF1。研究表明,REF1与其受体PORK1通过植物损伤响应及细胞重编程关键转录因子WIND1促进植物再生。尤为重要的是,外源施加REF1小肽可不同程度地提高几种作物的再生效率。这一发现不仅为理解植物损伤响应和再生的分子机制打开了全新视角,而且为提高作物的再生能力和遗传转化效率提供了潜在的应用策略。

关键词： REF1(REGENERATION FACTOR1) 植物诱导肽(Pep) 番茄损伤响应损伤信号再生再生因子系统素