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碳纳米管修饰气体扩散电极高效电化学还原CO_(2)

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工程热物理学报 2024年第2期45卷 494-499页

作者：钟立阳邓雨荷付乾李俊张亮朱恂廖强重庆大学低品位能源利用及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学工程热物理研究所重庆400030

电化学还原CO_(2)可利用可再生能源实现CO_(2)转化,是实现碳中和目标的重要支撑,但目前其反应器存在法拉第效率较低和槽电压较高等问题,严重制约其发展。本文用碳纳米管修饰催化层从而构建了新型气体扩散电极,研究发现添加碳纳米管后电... 详细信息

电化学还原CO_(2)可利用可再生能源实现CO_(2)转化,是实现碳中和目标的重要支撑,但目前其反应器存在法拉第效率较低和槽电压较高等问题,严重制约其发展。本文用碳纳米管修饰催化层从而构建了新型气体扩散电极,研究发现添加碳纳米管后电极在200 mA·cm^(-2)的电流密度下CO法拉第效率最高可达93%,槽电压仅为-2.42 V,相较未添加碳纳米管的电极法拉第效率提高了13.7%,槽电压降低了240 m V,传荷阻力减小了29.4%。其主要原因是碳纳米管交错所形成的疏水三维骨架网络不仅有利于催化剂颗粒的分散,还有利于催化层孔隙率的提升和CO_(2)传输的增强。

关键词：电化学还原CO_(2) 气体扩散电极流动式反应器碳纳米管

二甲醚/空气湍流分层燃烧的直接数值模拟与机理研究

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燃烧科学与技术 2024年第2期30卷 196-204页

作者：谭莉亢银虎卢啸风重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044 比亚迪股份有限公司深圳518118

针对内燃机条件下分层燃烧的情况,采用直接数值模拟方法,研究了温度分层对二甲醚(dimethyl ether,DME)/空气预混气湍流分层燃烧过程的影响机制.结果表明:与零维反应器内的均质自着火过程相比,湍流分层燃烧延长了整体燃烧过程的持续时间... 详细信息

针对内燃机条件下分层燃烧的情况,采用直接数值模拟方法,研究了温度分层对二甲醚(dimethyl ether,DME)/空气预混气湍流分层燃烧过程的影响机制.结果表明:与零维反应器内的均质自着火过程相比,湍流分层燃烧延长了整体燃烧过程的持续时间,平均释热率峰值明显降低;输运预算分析揭示了着火锋面的传播存在自燃波与爆燃波两种着火模式,随着温度分层程度的增大,爆燃模式逐渐增强,进而导致高温着火提前;化学爆炸模式分析明晰了燃料着火的演变过程,并且利用相关准则数准确揭示了控制低温与高温着火过程的关键变量与基元反应.研究结果对于DME均质压燃式内燃机的设计以及燃烧过程调控具有借鉴意义.

关键词：二甲醚自着火湍流分层燃烧直接数值模拟化学爆炸模式分析

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餐厨垃圾水力制浆耦合厌氧消化的效果分析

环境工程技术学报 2024年第1期14卷 216-223页

作者：朱浩刘晓吉仲跻胜吴义祥刘钊张莹莹孙岩松王勇群中国环境保护集团有限公司中节能(肥西)环保能源有限公司瑞科际再生能源股份有限公司

根据餐厨垃圾高含水的特点,从水力模拟、浆化物料特性、设备运行关键指标及项目运行效果等方面对餐厨垃圾水力浆化预处理技术进行综合评价。计算流体力学(CFD)的水力模拟结果表明,浆化过程中流体质点螺旋式汇聚至转叶,形成三股内旋状涡... 详细信息

根据餐厨垃圾高含水的特点,从水力模拟、浆化物料特性、设备运行关键指标及项目运行效果等方面对餐厨垃圾水力浆化预处理技术进行综合评价。计算流体力学(CFD)的水力模拟结果表明,浆化过程中流体质点螺旋式汇聚至转叶,形成三股内旋状涡流,在流体内部产生明显的流速差和正负压分区现象,水力作用下可快速实现餐厨垃圾的浆化。浆料和杂质特征分析表明,浆化产物颗粒细小,有机质损失率低,杂质去除率高,可与后端不同资源化技术(如厌氧消化、好氧堆肥等)高度融合。以水力浆化与厌氧消化技术相结合的餐厨垃圾资源化项目为例,餐厨垃圾经水力浆化预处理后,有机质损失率约为8.5%;不可生物降解杂质分选率约94%;粗油脂提取率约91%,吨餐厨垃圾平均产油率为3.76%,产气率为85.57 m^(3)(以标态计)。该处理方式较机械式预处理具有更高的资源化利用率,可大幅提升项目的经济效益。

关键词：餐厨垃圾水力制浆预处理资源化厌氧消化

具有高浓度氨腔室的立式热再生氨电池性能特性

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化工进展 2024年第3期43卷 1224-1231页

作者：卢志强石雨陈鹏宇张亮李俊付乾朱恂廖强重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学工程热物理研究所重庆400030

热再生电池(thermally regenerative ammonia-based battery,TRAB)可有效地将低温热能转化为电能,但其较为严重的氨渗透现象严重影响电池的产电稳定性。本文通过可视化证明了TRAB阳极氨与电解液的自分层现象,基于此构建了一种具有高浓... 详细信息

热再生电池(thermally regenerative ammonia-based battery,TRAB)可有效地将低温热能转化为电能,但其较为严重的氨渗透现象严重影响电池的产电稳定性。本文通过可视化证明了TRAB阳极氨与电解液的自分层现象,基于此构建了一种具有高浓度氨腔室的立式热再生氨电池,通过构建高浓度氨腔室和阳极氨传输阻挡层来调控氨分布,从而缓解电池中氨渗透过程。研究结果表明,与常规结构的热再生氨电池相比,具有氨腔室的热再生电池通过调控阳极氨分布解决了氨渗透的问题,在较高氨浓度(6mol/L)条件下获得了更高的输出功率、产电量以及更稳定的产电性能。此外,多孔泡沫铜阳极可以阻挡氨向下传输,进一步缓解氨渗透。具有合适孔隙密度(80PPI)的多孔电极在获得较大反应面积的同时保证了其内部良好的物质传输,使电池获得最佳的输出功率(10.8mW)。

关键词：热再生氨电池高浓度氨腔室产电稳定性最大输出功率氨渗透

桉木屑颗粒燃料固体桥结构构建与燃烧特性研究

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农业机械学报 2024年第1期55卷 350-359页

作者：李伟振刘华财姜洋阴秀丽许雪楠洪浩中国科学院广州能源研究所广州510640 中国科学院可再生能源重点实验室广州510640 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室广州510640 吉林宏日新能源股份有限公司长春130212

在成型燃料内部构建固体桥结构可有效改善其物理品质,利用不同粒径桉木屑构建了具有固体桥结构的颗粒燃料,并进一步研究了颗粒燃料的燃烧特性。提出的构建方法为同种原料不同粒径混配成型,在电子压力机上进行了粒径(0,1 mm]原料混配粒径... 详细信息

在成型燃料内部构建固体桥结构可有效改善其物理品质,利用不同粒径桉木屑构建了具有固体桥结构的颗粒燃料,并进一步研究了颗粒燃料的燃烧特性。提出的构建方法为同种原料不同粒径混配成型,在电子压力机上进行了粒径(0,1 mm]原料混配粒径(4 mm, 5 mm]原料的颗粒压缩成型实验,结果显示混配量5%~10%时颗粒内部长粒径粒子的交叉缠绕,可形成适量的固体桥结构,短粒径粒子填充饱满,粒子间结合紧密。较佳的混配量为5%,颗粒具有较高的松弛密度,为1 074.79 kg/m^(3),最高的Meyer强度,为23.93 MPa,最低的比能耗,为27.06 kJ/kg,平衡含水率为11.65%,吸水速率k为0.015 3 min^(-1)。在热分析仪上进行了成型颗粒燃烧实验,颗粒燃烧过程较为平稳且有所延长,在升温速率10~40℃/min的范围内,着火温度Ti在246.60~265.00℃之间,最大失重速率(dm/dτ)_(1max)在-6.84~-29.10%/min之间,综合燃烧指数S在7.26×10^(-12)~1.09×10^(-10)min^(-2)·K^(-3)之间。在X射线荧光光谱仪上分析了颗粒灰分的元素组成,预测颗粒燃烧时具有中等或较高的结渣沾污趋势。

关键词：生物质成型燃料固体桥结构燃烧特性

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VSG控制下直驱风机惯量支撑能力定量分析

电网技术 2024年

作者：韩平平陈鹏飞丁明吴红斌董玮新能源利用与节能安徽省重点实验室(合肥工业大学) 可再生能源并网全国重点实验室(中国电力科学研究院有限公司)

随着新能源发电渗透率的不断提高，频率稳定性问题日益突出，可提供惯量支撑的虚拟同步机(virtual synchronous generators，VSG)控制成为了关注的焦点。文中对VSG控制下直驱风机惯量支撑能力做出较为完整的定量分析，首先说明VSG控制... 详细信息

随着新能源发电渗透率的不断提高，频率稳定性问题日益突出，可提供惯量支撑的虚拟同步机(virtual synchronous generators，VSG)控制成为了关注的焦点。文中对VSG控制下直驱风机惯量支撑能力做出较为完整的定量分析，首先说明VSG控制下直驱风机惯量支撑的原理；其次经比较选取一种基于并网功率和频率关系的等效惯性系数定义方式，用以实现惯量支撑能力的准确描述；紧接着在考虑下垂特性的基础上，由等效惯性系数衍生定义等效惯性常数，并以等效惯性常数为依据对两种VSG控制下的惯量支撑能力做出定量分析；最后以仿真实验验证了理论分析的正确性。

关键词： VSG控制直驱风机惯量支撑能力等效惯性常数

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分级孔碳基复合电极热再生电池性能强化

工程热物理学报 2024年第1期45卷 199-204页

作者：安一超张亮蒋强李俊付乾朱恂廖强重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学工程热物理研究所重庆400030

本文以分级孔碳材料为基底构建Cu/C复合电极,获得稳定的电极骨架和高电极比表面积,提升了热再生电池性能。实验对比研究了复合电极电池性能,探究了关键制备参数的影响。结果表明,采用复合电极电池最大功率密度(70.6 W·m^(-2))相对于泡... 详细信息

本文以分级孔碳材料为基底构建Cu/C复合电极,获得稳定的电极骨架和高电极比表面积,提升了热再生电池性能。实验对比研究了复合电极电池性能,探究了关键制备参数的影响。结果表明,采用复合电极电池最大功率密度(70.6 W·m^(-2))相对于泡沫铜电池(32.2 W·m^(-2))提高了119%,这主要是由于其比表面积的提升。在一定范围内提升碳化温度和造孔剂比例,能有效提高电极比表面积,电池性能也随之增大。考虑能量输入,制备Cu/C复合电极的最佳碳化温度为800℃,最佳造孔剂比例为10:1,电池获得最大功率密度为87.2 W·m^(-2)。

关键词：热再生电池分级孔复合电极电极比表面积传质最大功率密度

热再生电池堆-二氧化碳电化学还原池系统耦合特性

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化工进展 2024年第5期43卷 2568-2575页

作者：李思陶艺月肖振翀张亮李俊朱恂廖强重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学工程热物理研究所重庆400030

为了减少工业烟气中余热与CO_(2)的排放,本文提出了热再生电池堆-二氧化碳电化学还原池系统(TRBCO_(2)RR)。该系统通过串联多个非水系热再生电池(thermally regenerative battery,TRB)构建电堆,并将其用于驱动CO_(2)电化学还原(electroc... 详细信息

为了减少工业烟气中余热与CO_(2)的排放,本文提出了热再生电池堆-二氧化碳电化学还原池系统(TRBCO_(2)RR)。该系统通过串联多个非水系热再生电池(thermally regenerative battery,TRB)构建电堆,并将其用于驱动CO_(2)电化学还原(electrochemical reduction of CO_(2),CO_(2)RR)。本文研究了CO_(2)电化学还原特性、非水系TRB电堆性能及非水系TRB-CO_(2)RR系统耦合特性。研究结果表明,碳纸负载纳米银多孔电极上催化剂分布较为均匀,在-1.8V电位下(对应的槽电压为5.1V)表现出最佳的电化学还原CO_(2)性能,其CO法拉第效率达到了最佳值78.7%。为此,构建了6个子电池的串联电堆,开路电压达到7.2V左右,最大功率为235mW,在34min内放电相对稳定。运行非水系TRB-CO_(2)RR耦合系统后,电堆未出现反极现象,CO法拉第效率(73.1%)接近稳定电源所获得的最佳值。未来研究可通过优化催化剂和电堆设计,有望进一步提高耦合系统CO_(2)RR转化效率。

关键词：热再生电池 CO_(2)电化学还原串联电堆产电功率稳定性法拉第效率电化学回收

超亲气泡沫铜纳米线电极电化学还原CO_(2)性能

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化工进展 2024年第3期43卷 1232-1240页

作者：王凯叶丁丁朱恂杨扬陈蓉廖强重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学能源与动力工程学院工程热物理研究所重庆400030

利用可再生电能进行电化学还原CO_(2)被认为是一种有前景的储能和减排技术,但在阴极发生析氢副反应,将降低电化学还原CO_(2)的性能。采用泡沫铜为基底制备铜纳米线电极扩展电极的电化学活性面积,然后通过十七氟癸基三甲基硅烷对电极进... 详细信息

利用可再生电能进行电化学还原CO_(2)被认为是一种有前景的储能和减排技术,但在阴极发生析氢副反应,将降低电化学还原CO_(2)的性能。采用泡沫铜为基底制备铜纳米线电极扩展电极的电化学活性面积,然后通过十七氟癸基三甲基硅烷对电极进行亲气处理,使电极表面从疏气状态变为超亲气状态,从而强化气相反应物CO_(2)传质,增加反应三相接触线,提高电极的电化学还原CO_(2)性能。实验结果表明:与未亲气处理的泡沫铜纳米线电极相比,所制备的超亲气泡沫铜纳米线电极虽然具有较小的电化学活性面积,但其超亲气的特性更有利于CO_(2)的传质,抑制了电解液中氢离子的传输,有效削弱了析氢副反应的发生。在电解电位为-1.5V(***/AgCl)时,H_(2)法拉第效率降低了17.7%,电化学还原CO_(2)性能提升。

关键词：电化学还原二氧化碳铜纳米线超亲气传质