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Simultaneous acceleration of sulfur reduction and oxidation on bifunctional electrocatalytic electrodes for quasi-solid-state Zn–S batteries

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Science China Chemistry 2024年第5期67卷 1531-1538页

作者： Mingli Wang Hong Zhang tianhang ding Fangjun Wu Lin Fu Bin Song Pengfei Cao Ke Lu Institutes of Physical Science and Information Technology School of Materials Science and EngineeringKey Laboratory of Structure and Functional Regulation of Hybrid Materials of Ministry of EducationAnhui UniversityHefei 230601China Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China School of Chemistry and Chemical Engineering Harbin Institute of TechnologyHarbin 150001China School of Chemistry and Chemical Engineering Guizhou UniversityGuiyang 550025China Institute of Functional Nano&Soft Materials(FUNSOM) Soochow UniversitySuzhou 215123China State Key Lab of Organic-Inorganic Composites Beijing University of Chemical TechnologyBeijing 100029China

The incomplete sulfur reduction and high ZnS re-oxidation energy barrier along with severe side reactions during the battery cycling compromise the practical application of Zn–S electrochemistry. Herein, a bifunctional electrocatalytic sulfur matrix that simultaneously accelerates the sulfur reduction and ZnS oxidation is proposed to realize a highly-efficient Zn–S cell. It is revealed that the N-heteroatom hotspots are more favorable for facilitating the conversion of S to ZnS while the CoO nanocrystal substantially lowers the ZnS activation energy barrier thereby suppressing the formation of disproportionation species(e.g.,SO_(4)^(2-)) and accumulation of inactive ZnS. Accordingly, the Co O anchored on the N-doped carbon-supported sulfur cathode delivers a high Zn^(2+)storage capacity of 1,172 m Ahg^(-1)and outstanding cycling stability with a capacity retention of 71.6% after500 cycles with a high average Coulombic efficiency of 97.8%. Simultaneously, the stable cycling of solid-state Zn–S pouch cells with an energy density of 585 Whkg^(-1)sulfuris also demonstrated. Moreover, the postmortem analysis reveals that the degradation of Zn–S cells is mainly attributed to the limited reversibility of Zn anodes rather than the ZnS decomposition and/or accumulation. The approach to the bidirectional catalysis manipulated the sulfur redox provides a new perspective to realize the theoretical potentials of Zn–S cells.

关键词： Zn–S battery bifunctional catalysts solid-state battery sulfur redox degradation mechanism

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Advances in Utilization of Agricultural Waste Based on Production of Edible Fungi

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Asian Agricultural Research 2017年第6期9卷 92-95页

作者： Mingyou WANG Weidong SONG Jiaoling WANG Jinji WU tianhang ding Feng LI Nanjing Research Institute for Agricultural Mechanization Ministry of Agriculture

Along with the rapid development of edible fungus industry in China,the traditional mode of production giving priority to wood chips will be severely limited,and using agricultural waste distributed widely,having large yield,and containing high content of organic matter to produce edible fungi has good economic and ecological benefit. In this paper,based on the analysis of characteristics of agricultural waste in China,the present situation of application of agricultural waste in the production of edible fungi at home and abroad was introduced,and the main problems existing in production of edible fungi by using agricultural waste in China at the present stage were pointed out. Finally,the development direction of using agricultural waste to cultivate edible fungi was discussed,and some suggestions were put forward,such as improving the theoretical system for using agricultural waste to produce edible fungi,and establishing the standardized technical system for using agricultural waste to produce edible fungi.

关键词： Edible fungi Waste Cultivation materials Cyclic utilization Advances

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果园喷雾机单双风机风道气流场仿真与试验

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农业工程学报 2016年第14期32卷 62-68,F0003页

作者：丁天航曹曙明薛新宇丁素明周良富乔白羽农业部南京农业机械化研究所/农业部现代农业装备重点开放实验室南京210014

针对单风道果园喷雾机两侧气流场不对称、施药不均匀的现象,对自制双风道果园风送试验台气流场特性进行分析研究。该文采用CFD数值模拟和试验的方法对单双风道的气流场由内及外依次对比分析研究,以viscous-standard模型分析单双风道内... 详细信息

针对单风道果园喷雾机两侧气流场不对称、施药不均匀的现象,对自制双风道果园风送试验台气流场特性进行分析研究。该文采用CFD数值模拟和试验的方法对单双风道的气流场由内及外依次对比分析研究,以viscous-standard模型分析单双风道内部气流场分布,对仿真值与试验值拟合分析,拟合优度R2=0.8274,验证数值模拟的准确性;通过对两风道出风口及距出风口不同截面上的风速散点数据Golden software Voxler拟合处理和加权分析对比2种风道特性。结果显示:单风道内部流场右侧较强,双风道左右两侧基本一致;双风道在出风口处风速较单风道大,且两侧风速曲线走势基本相同;两侧距出风口0、1、2、3、4、5 m截面上外部气流场气流分布云图中,单风道气流场集中域有明显的偏移,两侧气流场强度差异大,双风道左右气流场基本对称;在对中性上,2 m截面上双风道左右两侧最大风速对其距中距离的加权平均数分别为-3.23、-1.33 mm,单风道为-24.99、-32.33 mm,且双风道距中偏移量随距离的变化趋势较单风道小。综合分析最终得到双风道气流场在两侧对称性和对中性上较单风道有明显的优势。该研究可为进一步优化风送喷雾技术提供参考。

关键词：农业机械计算机仿真喷雾风送双风道气流场对称性果园喷雾机

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冻融-热泵干燥机的设计与试验优化

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中国食品学报 2019年第7期19卷 175-183页

作者：王教领宋卫东王明友吴今姬李峰丁天航农业农村部南京农业机械化研究所

为探究冻融处理对香菇热泵干燥特性的影响,设计了一种冻融-热泵干燥机。依据自制冻融-热泵干燥机的结构特点,在干燥箱内的5个不同位置布置9个干燥床架,并在每个床架上均匀布置若干料盘。根据冷冻与融化速率对香菇物理性质的影响,设计快... 详细信息

为探究冻融处理对香菇热泵干燥特性的影响,设计了一种冻融-热泵干燥机。依据自制冻融-热泵干燥机的结构特点,在干燥箱内的5个不同位置布置9个干燥床架,并在每个床架上均匀布置若干料盘。根据冷冻与融化速率对香菇物理性质的影响,设计快冻慢融的冻融干燥方法。重点考察新鲜香菇干燥品质的变化情况,主要指标有干基含水率、水分比、复水性、色差、干燥速率、有效水分扩散系数等,并结合4种典型薄层干燥模型,利用水分比进行数据拟合,从而建立干燥数学模型。结果表明:冻融香菇在干燥箱不同位置有效水分扩散系数在1.98×10^-7-2.36×10^-7m^2/s之间,色差、复水性差异性小,干燥后感官性较好,且复水值总体与色差L值呈正比;香菇冻融干燥各位置水分比和干燥速率变化情况基本一致,均匀性好。经过4次冻融处理,每次冻融后干燥速率短时间内有一定提高,随后下降,且随着冻融次数的增加,其对水分迁移速率的影响呈下降趋势,第4次冻融后干燥速率无明显变化,说明随着香菇含水率的下降,冻融处理对水分的剥离能力逐渐减弱。在20h进入单纯热泵干燥阶段,在30h基本达到平衡含水率,单纯热泵干燥过程存在加速与降速阶段,无明显恒速干燥阶段。冻融香菇在不同干燥条件下的干燥过程均满足HendersonandPabis方程,其中待定系数a,b,c,k,g,h与层架之间呈5次方关系,相关系数R2为0.998。本文为冻融-热泵干燥机的设计及香菇冻融干燥提供参考。

关键词：冻融热泵干燥香菇

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香菇双螺杆挤压膨化机的设计与试验

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农业工程学报 2020年第5期36卷 293-301页

作者：王明友宋卫东丁天航王教领周德欢吴今姬农业农村部南京农业机械化研究所南京210014

针对现有双螺杆挤压膨化设备生产香菇膨化产品时存在物料堵塞、预熟度低、作业参数缺失等问题而导致生产的产品膨化率低、吸水性差、硬度高等缺陷,该研究设计了一种香菇双螺杆挤压膨化设备,并对设备中的关键部件喂料搅拌防堵装置、预熟... 详细信息

针对现有双螺杆挤压膨化设备生产香菇膨化产品时存在物料堵塞、预熟度低、作业参数缺失等问题而导致生产的产品膨化率低、吸水性差、硬度高等缺陷,该研究设计了一种香菇双螺杆挤压膨化设备,并对设备中的关键部件喂料搅拌防堵装置、预熟调质装置与双螺杆结构参数进行了设计与确定。同时,为探究设备中的作业参数对产品膨化性能的影响,研究了设备的螺杆转速、膨化温度、物料含水率对产品的膨化率、硬度、脆度、吸水性的影响。结果表明:影响膨化率的显著性顺序依次为螺杆转速、物料含水率、膨化温度;影响硬度的显著性顺序依次为螺杆转速、膨化温度、物料含水率;影响脆度的显著性顺序依次为膨化温度、物料含水率、螺杆转速;影响吸水性的显著性顺序依次为膨化温度、物料含水率、螺杆转速。其次,结合各因素交互作用的影响规律与目标优化结果,得出设备的最佳作业参数为:螺杆转速167.23r/min,膨化温度151.68℃,物料含水率16.83%,此时,产品的膨化率、硬度、脆度、吸水性分别为4.04%、18.61N、-8.46mm/cm^2、313.86%。将优化后的参数值在设备中进行了生产性应用,得到生产值与优化值的误差均小于4%,最大生产率为165 kg/h。与扬州大学机械工程学院实验室内的现有设备相比,在提高物料送料的连续性与调质熟化度的基础上,膨化率提高了25.00%,硬度降低了48.21%、脆度提升了40.55%、吸水性提高了62.35%。因此,该机的设计可为香菇膨化产品的开发提供了一种较为成熟的技术装备。

关键词：农产品加工膨化机香菇挤压设计

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转轮除湿干燥系统设计与试验

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农业机械学报 2020年第11期51卷 374-384页

作者：王教领金诚谦宋卫东丁天航王明友吴今姬农业农村部南京农业机械化研究所南京210014

为了实现农产品优质节能干燥,针对转轮除湿再生能耗高等问题,进行了转轮除湿系统优化设计,设计了中低温可切换一体干燥机,构建分级冷凝再生模式,进行分级再生与香菇除湿干燥试验分析,研究优化干燥工艺,确定整机除湿能耗等作业参数。为... 详细信息

为了实现农产品优质节能干燥,针对转轮除湿再生能耗高等问题,进行了转轮除湿系统优化设计,设计了中低温可切换一体干燥机,构建分级冷凝再生模式,进行分级再生与香菇除湿干燥试验分析,研究优化干燥工艺,确定整机除湿能耗等作业参数。为了检验并提高分级冷凝作业性能,以再生加热温度、再生冷凝热量及干燥冷凝热量为指标,运用BoxBenhnken中心组合试验设计理论,对蒸发进风温度、再生进风温度、风阀开度3个影响分级再生性能的因素进行响应面试验。通过数据分析,建立了分级冷凝再生模型,结合等值线图分析了上述3个试验因素对指标的影响规律,同时对各影响因素进行了综合优化与试验验证。结果表明,3个回归模型均高度显著,RSq均大于99%,模型可靠性高;在室温条件下,提高蒸发温度与再生进风温度有利于提升分级冷凝再生效果;与纯电加热再生相比,分级冷凝再生可降低能耗29.6%。香菇转轮除湿干燥试验表明,在相同干燥温度下,采用转轮除湿干燥比热泵干燥后的香菇品相好,干燥速率提升2倍以上,能耗高5.9%。

关键词：干燥转轮除湿香菇热泵节能再生分级冷凝

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杏鲍菇转轮除湿热泵干燥系统结构设计及工艺参数优化

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农业工程学报 2019年第4期35卷 273-280页

作者：王教领宋卫东金诚谦丁天航王明友吴今姬刘自畅农业农村部南京农业机械化研究所南京210014

为了实现农产品低湿节能干燥,分析了典型转轮除湿干燥模式,基于能耗高、结构不合理等问题,开展转轮热泵联合除湿干燥系统优化设计与试验研究,研制出转轮除湿热泵干燥机。为了检验并提高转轮除湿热泵干燥机的作业性能,该文以杏鲍菇为研... 详细信息

为了实现农产品低湿节能干燥,分析了典型转轮除湿干燥模式,基于能耗高、结构不合理等问题,开展转轮热泵联合除湿干燥系统优化设计与试验研究,研制出转轮除湿热泵干燥机。为了检验并提高转轮除湿热泵干燥机的作业性能,该文以杏鲍菇为研究对象,以降低杏鲍菇色差、除湿能耗比,提高复水性为目标,运用Box-Benhnken中心组合试验设计理论,对再生温度、干燥温度、转换点相对湿度影响其干燥品质与能耗的因素开展响应面试验。通过数据分析,建立了响应面模型,结合四维渲染图分析了上述3个考察指标受3个试验因素取值变化的影响机制,同时对各影响因素进行了综合优化与试验验证。结果表明,3个模型的R2均大于0.98,试验因素对干燥品质及能耗有较大影响,当再生温度87℃,干燥温度50℃,转换点相对湿度45%时,杏鲍菇复水比4.028,色差22.89,除湿能耗比(specific power consumption,SPC)2 633 k J/kg,与预测绝对值误差均低于6个百分点。该研究为转轮除湿热泵干燥设备的设计及干燥工艺优化提供参考。

关键词：干燥农产品品质控制转轮除湿热泵杏鲍菇

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平菇发酵料装料接种一体机关键装置的设计与试验

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农业工程学报 2022年第1期38卷 12-21页

作者：王明友宋卫东周德欢解文强孙玉利王教领丁天航农业农村部南京农业机械化研究所南京210014 唐山市农业科学研究院唐山063000 南京航空航天大学机电学院南京210016

针对当前平菇菌棒生产中的装料、接种单机作业效率低、稳定性差、用工多等难题,该研究结合平菇栽培料诱导灭菌发酵工艺与中心孔接种工艺,设计了一种适应玉米芯颗粒菌种的平菇发酵料装料接种一体机,整机主要由装料装置、窝口装置和接种... 详细信息

针对当前平菇菌棒生产中的装料、接种单机作业效率低、稳定性差、用工多等难题,该研究结合平菇栽培料诱导灭菌发酵工艺与中心孔接种工艺,设计了一种适应玉米芯颗粒菌种的平菇发酵料装料接种一体机,整机主要由装料装置、窝口装置和接种装置等组成。首先根据菌棒制作中的装料量与接种量要求对整机的关键部件进行设计,确定装料绞龙、窝口槽型凸轮和接种凸轮等零部件的结构参数,然后以绞龙转速、绞龙直径和绞龙螺距为影响因素,装料生产率和装料密度为响应指标,通过响应曲面方法分析各因素交互作用影响,对回归模型进行多目标优化,得出平菇发酵料装料接种一体机装料质量的最优组合为:绞龙转速191.94 r/min,绞龙直径133.22 mm,绞龙螺距100.00 mm,此时,装料生产率723袋/h,装料密度537.27 kg/m^(3)。对优化参数进行生产验证,测得生产率为726袋/h,装料密度为536.25 kg/m^(3),与优化值相对误差分别为0.42%和0.19%。同时,测得接种电机转速在120 r/min时的接种量为132.33 g,接种变异系数为1.19%,满足发酵料中心孔菌种量不少于装料量5%的生产要求,接种装置的平均接种深度为242.5 mm,接种深度的变异系数为1.05%。与单机菌棒制作设备相比,平菇发酵料装料接种一体机生产率提高3倍,时间缩短2.4倍,人数减少4人,节省2道作业工序,满足北方地区平菇发酵料机械化生产对装备的需求。

关键词：设计试验平菇装料接种

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折射窗干燥试验台设计与干燥品质评价

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中国农机化学报 2022年第6期43卷 110-118页

作者：何敬宇宋卫东王教领丁天航王明友农业农村部南京农业机械化研究所南京市210014

针对果蔬干燥生产中干燥品质与生产成本不能兼得的问题,设计折射窗干燥试验台并进行干燥品质评价。采取随机区组设计,使用COMSOL仿真软件对比研究加热型折射窗试验台与循环型折射窗试验台的温度分布,结果显示加热型试验台温度分布更均... 详细信息

针对果蔬干燥生产中干燥品质与生产成本不能兼得的问题,设计折射窗干燥试验台并进行干燥品质评价。采取随机区组设计,使用COMSOL仿真软件对比研究加热型折射窗试验台与循环型折射窗试验台的温度分布,结果显示加热型试验台温度分布更均匀。对试验台中加热棒关键参数采用D最优混合设计进行优化,回归分析表明加热棒参数侧边距为154 mm,底边距为76 mm,加热棒长为340 mm时上表面温度均匀性最优。根据仿真结果设计并制作折射窗干燥试验台,利用折射窗干燥试验台进行干燥试验并检测干燥品质。折射窗干燥能够很好地保留番茄中的维生素C、可溶性糖与可滴定酸,是一项具有潜力的新型干燥技术。

关键词：折射窗干燥参数优化品质评价 D最优混合设计番茄浆液

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我国香菇干燥技术研究进展

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中国农机化学报 2021年第7期42卷 76-83页

作者：王教领宋卫东任彩红吴今姬王明友丁天航农业农村部南京农业机械化研究所南京市210014

香菇干燥技术是其保藏与出口创汇的重要手段,干燥方法及工艺的不同对香菇干燥品质与能耗有显著影响。目前我国香菇机械化干燥缺乏标准,对绿色、节能及高效烘干设备需求强烈。针对上述问题,本文分析了国内香菇干燥技术的研究进展,围绕香... 详细信息

香菇干燥技术是其保藏与出口创汇的重要手段,干燥方法及工艺的不同对香菇干燥品质与能耗有显著影响。目前我国香菇机械化干燥缺乏标准,对绿色、节能及高效烘干设备需求强烈。针对上述问题,本文分析了国内香菇干燥技术的研究进展,围绕香菇真空、冷冻、微波、红外、超声波、热泵及联合干燥等方法进行对比分析,阐明其干燥机理及应用场合,并总结认为目前香菇干燥专用设备不足、操作工艺不准、装备生产标准缺失等问题突出,需进一步优化干燥工艺、加强联合干燥研究、强化标准制定和培养龙头企业等。本文旨在为后续的香菇干燥技术研究提供参考。

关键词：香菇干燥技术干燥设备干燥工艺

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