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复合石墨双极板材料及性能的研究进展

材料工程 2024年第2期52卷 102-111页

作者：李团锋张璐瑶樊润林孟晓敏胡杨月刘聪温序晖郑俊生明平文东方电气(成都)氢燃料电池科技有限公司成都611731 同济大学新能源汽车工程中心上海201804 同济大学汽车学院上海201804 长寿命燃料电池四川省重点实验室成都611731

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的双极板起到传递电子、分配气体、电池内水管理、支撑膜电极组件等作用,也是保证燃料电池堆低成本的关键部件。本文对双极板材料(金属、石墨和复合材料)、作用、优势及挑战进行了分析,其中复合石墨双极板... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的双极板起到传递电子、分配气体、电池内水管理、支撑膜电极组件等作用,也是保证燃料电池堆低成本的关键部件。本文对双极板材料(金属、石墨和复合材料)、作用、优势及挑战进行了分析,其中复合石墨双极板以其长寿命和耐腐蚀的特质,具备与其他双极板竞争的优势,近年来受到高度关注;对石墨形成导电网络的相关因素(涉及填料尺寸、形态,辅助填料桥接石墨颗粒)、聚合物的成分与固化条件以及成型工艺条件对性能的影响规律进行了讨论。未来,开发具有优异综合性能的复合石墨双极板,掌握并优化聚合物结构及反应路径对其性能的平衡作用,使现有配方及成型方法适应大规模生产,将大大增强质子交换膜燃料电池在更多领域的大规模应用。

关键词：双极板石墨树脂复合材料质子交换膜燃料电池

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某高校大学生手机使用情况与学业关系调查

科学咨询(教育科研) 2022年第11期 161-163页

作者：曾晓龙严安樊润林黄馨皖南医学院临床医学院

目的：调查分析某高校大学生手机使用情况与学业关系。方法：参考手机成瘾指数量表(MPAI)，采用自行设计的调查问卷对在校大学生进行调查。收集大学生对手机使用的认知态度、学习的态度、影响学业的关系等相关信息。结果：不同性别的大... 详细信息

目的：调查分析某高校大学生手机使用情况与学业关系。方法：参考手机成瘾指数量表(MPAI)，采用自行设计的调查问卷对在校大学生进行调查。收集大学生对手机使用的认知态度、学习的态度、影响学业的关系等相关信息。结果：不同性别的大学生使用手机时长有所差异，使用手机内容丰富多彩，学生玩手机时长与综合排名有一定的关系。结论：学生手机使用情况较严重，学校应高度关注学生的手机使用情况，加强教育及管理力度，督促学生养成良好的学习生活习惯。

关键词：大学生手机成瘾手机使用情况学业

NTP对柴油机排气颗粒的氧化去除效果及理化特性的影响研究

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NTP对柴油机排气颗粒的氧化去除效果及理化特性的影响研究

作者：樊润林江苏大学

学位级别：硕士

车用柴油机排气中的颗粒物(PM)已经成为大气中可吸入颗粒物的主要来源,对人体健康产生了严重危害。将低温等离子体(NTP)技术应用于排气污染治理是近年来的研究热点之一。本文利用自行设计的NTP发生器,以O为气源生成NTP并喷入排气中,在... 详细信息

车用柴油机排气中的颗粒物(PM)已经成为大气中可吸入颗粒物的主要来源,对人体健康产生了严重危害。将低温等离子体(NTP)技术应用于排气污染治理是近年来的研究热点之一。本文利用自行设计的NTP发生器,以O为气源生成NTP并喷入排气中,在不同反应温度下,对不同负荷生成的PM进行氧化去除。对氧化前后的PM进行采样,应用颗粒物粒径分析仪(EEPS)、热重分析仪(TGA)、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、透射电镜(TEM)等设备,对NTP氧化去除PM的去除效果、NTP氧化前后PM的形貌结构、氧化特性等理化性质进行了分析。依据分析结果,对氧化去除PM的反应过程进行了探讨。论文开展的主要工作和取得的研究成果如下:1.使用EEPS分析了NTP喷射前后排气中PM浓度的粒径分布,比较在不同反应温度下,NTP对不同负荷时生成的PM中不同模态颗粒的去除率。研究结果表明,在反应温度为120℃时,PM的去除率达到最高,但不同模态颗粒的去除率呈现显著差异。25%负荷时PM的数量浓度下降了63.72%,核态颗粒的去除率达到了80.12%,超细颗粒的去除率显著小于核态颗粒的去除率,积聚态颗粒的去除率最小。2.依据变气氛二次升温的热重分析策略,对NTP喷射前后PM中可挥发性组分(VF)及固态碳颗粒(Soot)的热重过程分别进行分析,并通过阿伦尼乌斯公式分析Soot的表观活化能。研究结果表明,反应温度为120℃时,NTP氧化后PM质量下降幅度最大,达到了66.19%,且VF在PM中的质量占比显著降低。Soot的起燃温度、终燃温度以及表观活化能显著降低,但降低幅度与反应温度无明显关联。3.利用TEM观测颗粒单体以及初级碳颗粒的形貌,并使用Matlab对图像进行处理,提取初级碳颗粒的形貌特征参数。依据NTP喷射前后颗粒的形貌变化探讨了颗粒的氧化过程。分析结果表明,经过NTP氧化后,初级碳颗粒表面的微晶结构被分解,反应温度为160℃时,平均微晶长度La和平均层面间距d的下降幅度达到最大。NTP对颗粒的氧化去除分为两种反应过程:NTP自由扩散渗透入颗粒的结构内部,使颗粒的团絮状结构分解;在初级碳颗粒表面发生氧化反应,使初级碳颗粒的粒径逐渐减小至被完全氧化去除。4.对PM样品的一阶拉曼光谱以及XPS元素谱进行分峰拟合,分析NTP氧化处理对PM碳晶体结构、元素含量及元素赋存状态的影响。分析结果表明,与NTP的氧化反应使得PM的碳晶体结构缺陷减少,石墨化程度逐渐提高,但提高幅度与反应温度无明显联系。PM经过NTP氧化后,O元素含量显著提升。随着反应温度逐渐升高,氧化后PM中O元素含量的提升幅度逐渐升高,且与C元素的结合形式逐渐由C-O改变为C=O。这一现象从键能的角度证明了反应温度的提高对NTP氧化活性的促进作用。

关键词：柴油机颗粒物低温等离子体氧化反应纳观结构

低温等离子体对柴油机排放颗粒物组分净化效果的热重分析

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农业工程学报 2018年第16期34卷 57-64页

作者：蔡忆昔樊润林施蕴曦崔应欣季亮陈祎江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013

为探究低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)对柴油机排气中颗粒物(particulate matter,PM)不同组分的净化效果及作用规律。利用自行设计的NTP发生器以O2为气源生成NTP活性物质并喷射入柴油机排气中,在不同的反应温度下对PM进行净化试... 详细信息

为探究低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)对柴油机排气中颗粒物(particulate matter,PM)不同组分的净化效果及作用规律。利用自行设计的NTP发生器以O2为气源生成NTP活性物质并喷射入柴油机排气中,在不同的反应温度下对PM进行净化试验。通过滤膜对反应前后的PM分别进行采样并进行热重分析。热重分析中采用变气氛的控制策略实现将PM中挥发性组分(volatile fraction,VF)和元素碳(elemental carbon,EC)失重过程的区分,并利用阿伦尼乌斯(Arrhenius)法对EC进行了氧化动力学分析。试验结果表明在反应温度为120℃时,NTP对PM的去除量最大,达到了66.79%,对EC的去除量也达到了各反应温度下的最大值。经NTP处理后,VF的挥发起始温度与终止温度无明显变化,PM中VF的质量分数下降了5.86%~13.90%,变化幅度随着反应温度的升高而提高。LVF(low volatile fraction)在VF中所占质量分数明显上升,表明NTP与VF中不同组分的反应速率有明显差异。EC在NTP的作用下氧化起始温度和终止温度降低了30~40℃。EC的表观活化能在NTP处理后从175.97~210.49 k J/mol降低至94.13~109.13 k J/mol。依据EC曲线变化可总结出反应温度的升高对NTP处理EC过程的影响主要体现在处于半氧化态的EC质量分数的上升。该文证实了NTP能够对柴油机排气中PM进行有效去除,为NTP应用于排气处理提供了试验依据。

关键词：柴油机排气颗粒物低温等离子体热重分析氧化活性表观活化能

残余灰分对低温等离子体再生颗粒物捕集器的影响

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西安交通大学学报 2018年第11期52卷 150-155页

作者：崔应欣蔡忆昔施蕴曦樊润林陈祎季亮江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013

为了研究残余灰分对低温等离子体(NTP)柴油机颗粒物捕集器(DPF)再生的影响,搭建了颗粒物(PM)捕集系统及NTP喷射再生DPF试验系统,并利用傅里叶红外光谱仪及X射线能谱仪分析了灰分中的官能团及元素组成。研究结果表明,残余灰分提高了DPF... 详细信息

为了研究残余灰分对低温等离子体(NTP)柴油机颗粒物捕集器(DPF)再生的影响,搭建了颗粒物(PM)捕集系统及NTP喷射再生DPF试验系统,并利用傅里叶红外光谱仪及X射线能谱仪分析了灰分中的官能团及元素组成。研究结果表明,残余灰分提高了DPF的导热热阻,使得再生过程中DPF内部温度升高。残余灰分减小了DPF的孔隙率,PM捕集率升高,完全再生时的碳去除量明显增多,增幅达34.0%。灰分样品中主要成分为金属氧化物及无机盐,金属元素质量分数达23.8%～27.4%,P和S元素质量分数分别在6.8%～8.9%和9.6%～14.4%。此外,灰分样品中还含有少量有机物,其中含氧官能团和芳香环的吸收峰较为明显。75%负荷下得到的灰分样品中的C、O含量比相对最低,表明该样品中金属氧化物及无机盐含量相对较高,而有机物含量较低。

关键词：柴油机颗粒物捕集器灰分再生官能团

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测量电容对DBD反应器放电参数的影响

高电压技术 2020年第8期46卷 2960-2967页

作者：陈祎蔡忆昔施蕴曦樊润林季亮王为凯江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013

为了深入探究测量电容对介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)反应器放电的影响,利用自行设计的内外双水冷式DBD反应器串联不同的测量电容进行试验研究。设计搭建了DBD反应器放电试验系统,并结合Lissajous图形与蒙特卡罗方... 详细信息

为了深入探究测量电容对介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)反应器放电的影响,利用自行设计的内外双水冷式DBD反应器串联不同的测量电容进行试验研究。设计搭建了DBD反应器放电试验系统,并结合Lissajous图形与蒙特卡罗方法分析了不同测量电容的电容值对DBD反应器放电参数的影响。研究结果表明:在相同的外加电压下,减小测量电容值会增加DBD反应器的介质等效电容和减小气隙等效电容;DBD反应器功率、单周期传输电荷、维持电压、气隙有效电场强度和气隙折合电场强度均随着测量电容值的减小而增大。不同的测量电容值会对DBD反应器的放电参数产生影响,匹配测量电容值对DBD放电参数的准确测量有重要的指导意义。

关键词：介质阻挡放电测量电容 Lissajous图形放电特性蒙特卡罗方法气体放电

间接低温等离子体对柴油机颗粒物成分及官能团的影响

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西安交通大学学报 2018年第3期52卷 63-68页

作者：顾林波蔡忆昔施蕴曦王静濮晓宇田晶樊润林江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013

为探究间接低温等离子体(INTP)对柴油机颗粒物(PM)成分及官能团的影响,以氧气作为介质阻挡放电式低温等离子体发生器的气源,搭建了INTP技术处理柴油机PM的试验台架,利用热重分析仪、傅里叶红外光谱仪和微克天平探究了低温等离子体对柴油... 详细信息

为探究间接低温等离子体(INTP)对柴油机颗粒物(PM)成分及官能团的影响,以氧气作为介质阻挡放电式低温等离子体发生器的气源,搭建了INTP技术处理柴油机PM的试验台架,利用热重分析仪、傅里叶红外光谱仪和微克天平探究了低温等离子体对柴油机PM成分、官能团和质量的影响。试验结果表明:INTP处理后PM的成分发生了明显变化,挥发性物质的质量分数下降至48%~71%,固体碳的含量上升至29%~52%;PM的特征温度和表观活化能都有所下降,INTP降低了PM的氧化温度,提高了PM的氧化活性;INTP处理后,PM表面的烷基官能团减少,新生成的含氧官能团和芳香环使PM氧化活性增强;经过INTP处理后,柴油机PM去除量为7.91~26.732mg,去除率为40%~80%。

关键词：柴油机低温等离子体颗粒物成分氧化活性

NTP技术降低柴油机PM排放及低温再生DPF的研究

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内燃机工程 2018年第6期39卷 67-78页

作者：施蕴曦蔡忆昔王静李小华樊润林陈祎江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013

针对柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)传统再生方法的缺陷,根据低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)放电理论,探索了NTP低温再生DPF技术。从化学反应动力学角度探讨了基于NTP技术的DPF再生反应机理,并利用现代测试分... 详细信息

针对柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)传统再生方法的缺陷,根据低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)放电理论,探索了NTP低温再生DPF技术。从化学反应动力学角度探讨了基于NTP技术的DPF再生反应机理,并利用现代测试分析技术研究了NTP对颗粒物(particulate matter,PM)质量粒径分布、微观形貌、碳结构及表面官能团演变的作用规律。建立NTP技术再生DPF的试验系统,对已捕集PM的DPF进行再生试验研究。通过监测PM的氧化分解产物CO、CO2的体积分数和DPF的内部温度,结合DPF的背压变化,研究不同再生初始温度下的PM氧化分解特性和DPF再生特性,并考察NTP技术对DPF再生的安全性。研究结果表明,NTP技术可有效分解柴油机排气中的PM,显著降低DPF的再生温度,且无需催化剂。这为DPF再生提供了新的研究途径。

关键词：柴油机颗粒物低温等离子体颗粒捕集器再生

燃料电池复合石墨双极板基材的研究进展:材料、结构与性能

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物理化学学报 2021年第9期37卷 94-109页

作者：樊润林彭宇航田豪郑俊生明平文张存满同济大学汽车学院上海200092 新能源汽车工程中心同济大学上海200092

双极板是燃料电池的重要组成部件,需要满足导电、抗弯强度、耐腐蚀等方面性能的要求。复合石墨双极板具有成本低、耐腐蚀性好、易成型等优势,是双极板的一个重要研究方向。复合石墨双极板的导电功能是由以石墨为代表的导电填料相互连接... 详细信息

双极板是燃料电池的重要组成部件,需要满足导电、抗弯强度、耐腐蚀等方面性能的要求。复合石墨双极板具有成本低、耐腐蚀性好、易成型等优势,是双极板的一个重要研究方向。复合石墨双极板的导电功能是由以石墨为代表的导电填料相互连接形成传导网络实现的,抗弯强度及气密等性能则主要依靠树脂固化形成的基体。因此,复合石墨双极板性能不仅受到导电填料以及树脂性能的影响,同时导电填料、树脂固化形成的结构对于极板性能也有着不可忽视的影响。本文总结了导电填料及树脂的性质、改性方法等对于复合石墨极板性能的影响,并分析了分子结构以及制备工艺对于极板结构以及实用性能的影响规律。导电填料与树脂的相容性受到原料表面官能团的影响,并直接影响了导电填料的离散均匀度以及导电填料/树脂的界面性能。通过填料诱导工艺优化导电网络,能够有效提升极板的导电性能。基于对研究现状的总结,本文对复合石墨极板开发的未来发展方向进行了展望。

关键词：复合双极板导电性抗弯强度制备工艺结构