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中低温质子陶瓷燃料电池阴极研究进展

硅酸盐学报 2024年第6期52卷 1917-1934页

作者：龚文杰徐康夏娇娇许阳森陈宇华南理工大学环境与能源学院广州510006

质子陶瓷燃料电池(PCFCs)以质子作为载流子,具有独特的导电机制,能够在中低温度(400~700℃)下高效地将燃料中的化学能转化为电能,是一种极具发展前景的发电装置。然而,由于氧还原反应动力学迟缓,导致极化电阻占整个电池电阻的比重较大,... 详细信息

质子陶瓷燃料电池(PCFCs)以质子作为载流子,具有独特的导电机制,能够在中低温度(400~700℃)下高效地将燃料中的化学能转化为电能,是一种极具发展前景的发电装置。然而,由于氧还原反应动力学迟缓,导致极化电阻占整个电池电阻的比重较大,因此,发展高活性、稳定型阴极材料或结构,对提高PCFCs性能有着重要作用,这也是当前的研究热点。通常情况下,这些阴极材料应同时具有足够高的导电率、结构稳定性、电催化活性等。本文对近年来PCFCs领域研究较多的单钙钛矿、双钙钛矿、Ruddlesden–Popper钙钛矿、尖晶石等阴极材料做了总结,并对PCFCs阴极材料在运行过程中存在的问题进行分析,包括提高阴极材料的质子传输特性和优化电解质/电极界面等,最后强调了未来PCFCs高性能阴极的可能的发展方向,为PCFCs的阴极材料设计提供了有益的参考。

关键词：质子陶瓷燃料电池阴极材料电催化活性稳定性

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钌基氧化物酸性析氧电催化剂

科学通报 2024年第25期69卷 3705-3714页

作者：万仁典黄广幸刘庆勋赵伯特华南理工大学环境与能源学院广州510006

质子交换膜(proton exchange membrane, PEM)电解水技术是一种很有前景的绿色制氢技术,但其酸性操作环境对催化剂的性质提出更苛刻的要求.目前,可商业化应用于PEM电解水技术酸性析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)的催化剂主要... 详细信息

质子交换膜(proton exchange membrane, PEM)电解水技术是一种很有前景的绿色制氢技术,但其酸性操作环境对催化剂的性质提出更苛刻的要求.目前,可商业化应用于PEM电解水技术酸性析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)的催化剂主要为贵金属铱(Ir)基材料.与Ir基材料相比,钌(Ru)基氧化物催化剂具有成本相对较低的优势.然而, Ru基氧化物催化剂在酸性介质中的稳定性较差.因此,迫切需要研制出在酸性电解质中高效稳定的Ru基氧化物OER催化剂.本文综述了Ru基氧化物催化剂的理论稳定性、析氧反应机理和理论活性,随后探讨了该催化剂在析氧反应过程中的性能衰减机理,并进一步讨论了提高其反应活性和稳定性的设计策略.本文最后总结了Ru基氧化物催化剂目前面临的挑战,并提出了相应的展望.

关键词：电解水钌基氧化物衰减机理催化剂设计策略

考虑新能源高阶不确定性的交直流混联电网静态电压稳定裕度计算

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高电压技术 2024年第4期50卷 1631-1644页

作者：张芸烽林舜江杨悦荣刘万彬刘明波华南理工大学电力学院广州510640

随着大量新能源场站接入交直流混联电网,系统的静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)水平具有很大的不确定性,需要研究考虑新能源场站高阶不确定性的交直流混联电网SVSM计算方法。针对此问题,首先建立了交直流混联电... 详细信息

随着大量新能源场站接入交直流混联电网,系统的静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)水平具有很大的不确定性,需要研究考虑新能源场站高阶不确定性的交直流混联电网SVSM计算方法。针对此问题,首先建立了交直流混联电网SVSM计算模型,模型中考虑了直流换流站控制方式随负荷增长的切换;采用概率盒模型描述风速与光照强度的随机波动,提出了改进区间半不变量法以获得更准确的SVSM概率盒,该方法通过K-means++聚类算法将随机变量样本划分为多个波动范围较小的样本集,以降低半不变量的线性化计算带来的误差;并结合Gram-Charlier级数展开和概率加权和计算得到考虑新能源场站高阶不确定性的系统SVSM概率盒。通过对修改的IEEE-39节点交直流系统和南方电网两个算例的分析,并与区间半不变量法和双层蒙特卡洛法比较,验证了所提出方法获得的SVSM概率盒具有较高的计算精度和效率。

关键词：新能源交直流混联电网高阶不确定性静态电压稳定裕度参数化概率盒改进区间半不变量法

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基于改进交替方向乘子法的电-气综合能源系统优化调度

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电工技术学报 2024年第9期39卷 2797-2809页

作者：罗清局朱继忠华南理工大学电力学院广州510641

在电-气综合能源系统分布式优化调度中,非线性非凸的Weymouth方程给问题求解带来了巨大挑战。一方面,目前许多研究采用二阶锥松弛Weymouth方程,较为复杂;另一方面,主流分布式算法即交替方向乘子法(ADMM)的计算效率并不高。对此,该文提... 详细信息

在电-气综合能源系统分布式优化调度中,非线性非凸的Weymouth方程给问题求解带来了巨大挑战。一方面,目前许多研究采用二阶锥松弛Weymouth方程,较为复杂;另一方面,主流分布式算法即交替方向乘子法(ADMM)的计算效率并不高。对此,该文提出一种精确近似的Weymouth方程线性化模型和多参数规划改进ADMM算法以解决上述两个问题。Weymouth方程线性化模型基于泰勒展开,利用一簇切线松弛Weymouth方程。特别地,增加了惩罚项以收紧松弛间隙,通过变量替换的方法减少切线的数量,并给出了一种有效的切线选取方法。对于多参数规划改进ADMM算法,其通过多参数规划得到子问题最优解的解析式。迭代过程中,若参数落在临界域内,可直接将参数代入最优解解析式获得子问题的最优解,无需求解子问题,提高了迭代速度。此外,该文还对多参数规划中难以避免的退化问题进行了处理,提升了算法的通用性。最后在两个不同规模的系统中验证了Weymouth方程线性化模型的精确性和多参数规划改进ADMM算法的高效性。

关键词：电-气综合能源系统分布式优化调度 Weymouth方程线性化多参数规划交替方向乘子法

超临界CO_(2)萃取烟草中天然烟碱的工艺研究

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 81-87页

作者：张会平唐倩如鄢瑛华南理工大学化学与化工学院广东广州510640

从烟草中提取烟碱可实现废弃烟草的资源化利用,为此采用单因素实验考察了超临界CO_(2)萃取烟草中烟碱的工艺条件(萃取时间、萃取压力、萃取温度、CO_(2)流量、原料粒径)对烟碱提取率和烟草浸膏萃取率的影响;此外,还以烟碱提取率为指标,... 详细信息

从烟草中提取烟碱可实现废弃烟草的资源化利用,为此采用单因素实验考察了超临界CO_(2)萃取烟草中烟碱的工艺条件(萃取时间、萃取压力、萃取温度、CO_(2)流量、原料粒径)对烟碱提取率和烟草浸膏萃取率的影响;此外,还以烟碱提取率为指标,萃取时间、萃取压力、萃取温度、CO_(2)流量为考察因素,设计正交试验对萃取工艺进行优化,并采用气相色谱-质谱法分析了所得烟草浸膏的成分。结果表明,萃取温度对烟碱提取率的影响最大,萃取时间和萃取压力的影响较大,CO_(2)流量的影响最小。最佳萃取工艺条件:萃取温度为65℃,萃取压力为22 MPa,CO_(2)流量为25 L/h(以150.0 g烟草原料为基准),萃取时间为80 min,原料粒径为0.60 mm。在最佳工艺条件下,烟碱提取率为97.89%,烟草浸膏萃取率为5.57%,烟草浸膏的挥发物中共检测出14种成分,且浸膏主要成分为烟碱(相对含量为52.22%)、新植二烯(相对含量为10.29%)、维生素E(相对含量为6.67%),此外还含有植物甾醇、亚油酸、枫香脂等。因其烟碱相对含量较高,该浸膏可作为后期烟碱纯化的良好原料。

关键词：烟碱超临界流体萃取正交试验

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碳载体在质子交换膜燃料电池中的应用及优化

化工学报 2024年第4期75卷 1469-1484页

作者：冯彬彬卢明佳黄志宏常译文崔志明华南理工大学化学与化工学院广东广州510641

随着能源危机和环境污染不断加剧,人们对高能量转换效率且低污染装置的需求日益迫切。质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种高效能、零污染的绿色能源转换装置,被认为是替代传统能源的有望选择之一。目前,要使汽车燃料电池系统具有市场竞... 详细信息

随着能源危机和环境污染不断加剧,人们对高能量转换效率且低污染装置的需求日益迫切。质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种高效能、零污染的绿色能源转换装置,被认为是替代传统能源的有望选择之一。目前,要使汽车燃料电池系统具有市场竞争力仍面临成本和耐久性的挑战。当前降低成本的主流方式为降低催化剂上的铂负载,然而,较低的铂负载通常也意味着较小的催化剂表面积,更大的传质阻力,从而导致性能损失。此外,耐久性问题也是制约燃料电池汽车发展的一大阻力,尤其是碳腐蚀问题。本综述从优化碳载体的角度出发,结合目前研究现状,深入探讨了传质和碳腐蚀两方面的不同优化策略,并对未来碳载体的发展方向进行展望,可为新型碳载体的构建提供参考。

关键词：燃料电池载体传质碳腐蚀耐久性

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基于双电层作用的环境湿度差发电机理研究

工程热物理学报 2024年第1期45卷 230-234页

作者：严湖平刘珍綦戎辉华南理工大学化学与化工学院广州510640

环境湿度分布不均在自然界中普遍存在,其中包含着大量可用能量。利用湿度差驱动纳米材料中的电子或自由离子的定向运动、从而产生电能是很有发展前景的。然而,自由离子在纳米材料内部通道中的传递过程尚不明确。为此,本文构建了考虑通... 详细信息

环境湿度分布不均在自然界中普遍存在,其中包含着大量可用能量。利用湿度差驱动纳米材料中的电子或自由离子的定向运动、从而产生电能是很有发展前景的。然而,自由离子在纳米材料内部通道中的传递过程尚不明确。为此,本文构建了考虑通道双电层作用的湿度驱动发电理论模型,通过Comsol Multiphysics软件数值求解并进行了实验验证。结果显示,纳米材料内部通道对流经通道的自由离子具有选择透过性,其表面电位越大,离子选择性越强,电压输出越大。同时,通道长度越大,湿度差驱动下的电压输出性能越大,与实际发电器件的运行结果一致。该模拟可通过分析纳米通道内的离子分布,以预测不同种类和尺寸纳米颗粒的电压输出,为后续研究中的材料选择和装配提供指导。

关键词：发电湿度差双电层模拟纳米通道

基于改进WGAN考虑特征分布相似性的小样本负荷预测方法

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控制理论与应用 2024年第4期41卷 597-608页

作者：卢俊菠刘俊峰罗燕曾君华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510640 华南理工大学电力学院广东广州510640

对于综合能源系统中新接入用户,其往往由于历史数据匮乏而难以建立精准的短期负荷预测模型.本文基于迁移学习理论,提出了一种基于改进Wasserstein生成对抗网络(WGAN)的小样本负荷预测方法.首先,本文采用最大信息系数法量化各影响特征与... 详细信息

对于综合能源系统中新接入用户,其往往由于历史数据匮乏而难以建立精准的短期负荷预测模型.本文基于迁移学习理论,提出了一种基于改进Wasserstein生成对抗网络(WGAN)的小样本负荷预测方法.首先,本文采用最大信息系数法量化各影响特征与负荷的相关性强弱.接着,将源域特征序列进行分割,计算各分割子序列与目标域小样本的实序列编辑距离确定初始源域.然后,引入卷积神经网络和长短期记忆模型建立源域预测网络.通过WGAN对齐目标域和源域负荷特征的空间分布,并在最优传输代价函数中加入局部特征损失以提高训练的稳定性和快速性.最后,将对抗训练后网络用于目标域负荷预测.采用该方法对某地区小样本负荷进行实验,结果表明,本文所提算法与其他预测模型相比能达到更高精度.

关键词：负荷预测迁移学习小样本改进Wasserstein生成对抗网络特征分布最优传输

基于广义纳什议价的多微电网配电系统多主体协同能量管理策略

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电力自动化设备 2024年第5期44卷 199-207页

作者：谢元皓林声宏朱建全华南理工大学电力学院广东广州510640

为进一步挖掘多微电网配电系统内各级主体的合作潜力以及改善系统能量供需关系,提出一种基于广义纳什议价的协同能量管理优化策略。根据配电网层、微电网层和用户层的利益交互关系将谈判过程分为两阶段:在第一阶段,配电网和多个微电网-... 详细信息

为进一步挖掘多微电网配电系统内各级主体的合作潜力以及改善系统能量供需关系,提出一种基于广义纳什议价的协同能量管理优化策略。根据配电网层、微电网层和用户层的利益交互关系将谈判过程分为两阶段:在第一阶段,配电网和多个微电网-用户子联盟进行协商,以实现各主体的协同优化运行以及合作剩余的分配;在第二阶段,各子联盟内部进行获益结算。考虑各主体的利益,建立对应的两阶段议价模型,通过引入议价能力实现各方利益的非对称分配。将第一阶段议价模型分解为系统效益最大化和收益分配2个子问题,并采用两块交替方向乘子法实现分布式求解。算例结果表明,所提策略可有效实现利益的合理分配,提升各主体的经济效益,并且有利于提高配电网电压质量和新能源消纳水平。

关键词：多微电网配电系统需求响应广义纳什议价合作博弈两块交替方向乘子法