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一种高效稳定的高熵合金电催化剂用于析氢反应

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第7期62卷 156-165页

作者：赵贵路宽李玉楠卢发贵高朋南兵李丽娜张熠霄徐鹏涛刘晰陈立桅上海交通大学化学化工学院物质科学原位中心上海200240 上海交通大学变革性分子前沿科学中心上海200240 上海交通大学上海电化学能源器件工程技术研究中心上海200240 中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001 上海高等研究院上海同步辐射光源上海201204

水分解是一种利用可再生能源驱动的绿色制氢方法,零碳排放特性使其成为解决氢能源生产的重要途径.在电化学水分解中,制备高活性和稳定性的催化剂至关重要.高熵合金(HEAs)由于独特的结构和性能使其成为理想的催化剂材料,其多元成分和可... 详细信息

水分解是一种利用可再生能源驱动的绿色制氢方法,零碳排放特性使其成为解决氢能源生产的重要途径.在电化学水分解中,制备高活性和稳定性的催化剂至关重要.高熵合金(HEAs)由于独特的结构和性能使其成为理想的催化剂材料,其多元成分和可调组成提供了丰富的表面活性位点和灵活的催化特性,有望提高水分解的效率并降低成本.然而,简易高效地制备HEAs仍面临挑战,且目前对HEA催化剂的结构-活性关系的了解存在不足.因此,探索一种简便有效的方法用以制备高性能HEAs催化剂,并深入理解其在水分解反应中的作用机制和结构演变,能够为未来绿色制氢技术的发展提供重要的科学基础和技术支持.本文采用了电化学测量、CuK-边和PtL3-边的原位同步辐射X射线吸收光谱(XAS)测试以及密度泛函理论(DFT)计算相结合的方法,系统地研究了高熵合金电催化剂PtPdRhRuCu/C的析氢反应(HER)活性、反应机制以及结构演变规律.PtPdRhRuCu HEAs纳米颗粒由简便的一步溶剂热法制备,直径约为6.7±0.6 nm,其合金结构和元素分布通过多种表征手段(扫描透射电子显微镜、X射线衍射和能量色散X射线光谱等)得到确认.XAS对Cu K-边和PtL3-边的分析结果显示,HEAs纳米颗粒表面的少量铜氧化物在HER过程中被还原至金属态.扩展X射线吸收精细结构的拟合结果表明,HEAs在工况HER中保持了金属态和无序的原子排列,没有新的分离相形成.电化学测试结果表明,得益于多金属活性位点,PtPdRhRuCu/C催化剂在酸性和碱性条件下均表现出较好的HER活性和耐久性.在10 m Acm^(-2)的电流密度下,该催化剂在1molL^(-1)KOH中具有23.3 m V的极低过电位,优于商业Pt/C催化剂(50.3 m V),其质量活性是Pt/C的7.9倍,达到3.0 Amg^(-1)***的高熵效应显著提升了催化剂在HER中的长期稳定性,在稳定性测试中,PtPdRhRuCu/C催化剂在10000次循环伏安测试后几乎无性能衰减,而Pt/C的过电位增加了约24 m V.在-55 m V过电位下的30 h的HER测试中,PtPdRhRuCu/C保持95.7%的初始电流密度,而Pt/C衰减了53.6%.在酸性条件下,PtPdRhRuCu/C的循环稳定性和耐久性也优于Pt/***计算结果表明,PtPdRhRuCu/C较好的HER性能和稳定性归因于高熵合金的协同效应,多金属成分提供了多样的活性位点,优化了HER反应路径,特别是在Volmer步骤中降低了水裂解的反应能垒.PtPdRhRuCu/C上的HER过程遵循Volmer-Tafel机理,水分子优先吸附在Ru位点,促进HO-H键的解离,解离出的质子迁移到Pt上,而OH通过Ru和Rh的桥接作用而稳定,最终在Cu上释放H2.综上,本文展示了高熵合金在HER中较好的性能,并通过详细的表征深入理解了其构-效关系.研究成果为高熵合金催化剂的合理设计和应用提供理论支持,为未来高效、耐久和低成本的绿色制氢技术提供重要的科学依据和技术支持.

关键词：析氢反应高熵合金原位X射线吸收光谱一步溶剂热法低过电位

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数据驱动的液体火箭发动机健康监测算法研究

西安交通大学学报 2024年第4期58卷 182-191页

作者：刘梓琰吴毅伟王冠李璨王姝淇陈海宝北京宇航系统工程研究所北京100076 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

针对火箭发动机氧涡轮转子轴盘根部断裂、轴盘接合处裂纹等故障难以识别定位的问题,基于某型液体火箭发动机测试数据,构建机器学习、数据分析等方法,绕过其内部复杂物理机理,从数据层面对氧涡轮泵进行故障检测与模式判别。对于故障检测... 详细信息

针对火箭发动机氧涡轮转子轴盘根部断裂、轴盘接合处裂纹等故障难以识别定位的问题,基于某型液体火箭发动机测试数据,构建机器学习、数据分析等方法,绕过其内部复杂物理机理,从数据层面对氧涡轮泵进行故障检测与模式判别。对于故障检测,提出了两种分别适用于速变数据与缓变数据的故障检测算法,两种算法能够处理多种工况下的火箭发动机数据,经检验,这两种算法都具有较高的准确率,分别为84.2%、94.9%。针对故障模式判别,给出了一种基于滑动窗口的聚类算法,可以实现不同故障模式的区分,其中针对两种故障模式的识别准确率分别达到了86.2%、95.5%,并且给出了两种故障模式对应的振动数据异常频率区间,这可为相关研究人员提供与故障有关的有用线索。

关键词：液体火箭发动机数据驱动故障检测健康监测

纳米FeSe_(2)正极材料制备与镁电池中性能表征

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电源技术 2024年第4期48卷 725-731页

作者：王利诚徐昊李钊邹建新上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心上海200240 上海交通大学氢科学中心上海200240

采用溶剂热法,利用表面活性剂的分散作用成功合成了FeSe_(2)纳米颗粒,将其作为正极材料组装可充镁电池,并进行电化学性能测试。结果显示,FeSe_(2)正极在100 mA/g电流密度下首次放电比容量为119 mAh/g,并在循环过程中展现出比容量的逐渐... 详细信息

采用溶剂热法,利用表面活性剂的分散作用成功合成了FeSe_(2)纳米颗粒,将其作为正极材料组装可充镁电池,并进行电化学性能测试。结果显示,FeSe_(2)正极在100 mA/g电流密度下首次放电比容量为119 mAh/g,并在循环过程中展现出比容量的逐渐升高,在循环48次后获得最大放电比容量628 mAh/g,同时具有良好的循环稳定性,在100次循环后仍保持581 mAh/g的放电比容量。非原位TEM、XPS和同步辐射软X射线吸收谱分析表明,FeSe_(2)正极在循环过程中,铜集流体会参与正极电化学反应并形成含铜化合物,在正极材料中形成导电通路,这有利于电化学反应过程中电子的转移。因此,FeSe_(2)纳米颗粒充分参与正极转化反应,并展现出高容量和长循环稳定性,为镁电池中的集流体和硒族化合物的匹配性设计提供了新的思路。

关键词：可充镁电池正极材料 FeSe_(2) 铜集流体非原位表征

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新型三维组合式发射线圈的设计与实验

仪器仪表学报 2024年

作者：文人庆邝帅颜国正韩玎姜萍萍上海交通大学电子信息与电气工程学院上海智慧戒毒与康复工程技术研究中心上海交通大学生物医学工程学院

多维无线电力传输是胃肠道胶囊机器人发展的关键。为了解决新型胶囊机器人功能不断增加，而传统三维接收线圈占用内部空间过大的问题，本文提出了一种三维组合式发射线圈，能够通过调制通过各维线圈的电流来产生动态的三维磁场。本文首... 详细信息

多维无线电力传输是胃肠道胶囊机器人发展的关键。为了解决新型胶囊机器人功能不断增加，而传统三维接收线圈占用内部空间过大的问题，本文提出了一种三维组合式发射线圈，能够通过调制通过各维线圈的电流来产生动态的三维磁场。本文首先介绍了无线供能系统的工作原理，然后对发射系统产生的空间磁场进行了有限元分析。最后利用搭建的实验平台进行实验，验证了仿真结果的准确性并确定了接收线圈感应最大接受电压的姿态。试验结果表明，当发射系统在中心点处产生相等的三维磁场分量时，负载接收能量超过630mW。此外，发射系统附近边缘区域的位置稳定性超过80%，确保胶囊机器人能够平稳的运行。

关键词：胃肠道胶囊机器人无线能量传输系统三维发射线圈功率传输稳定性接收功率

基于DE-MNR算法的接地网腐蚀支路诊断方法

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电瓷避雷器 2024年第1期 103-110页

作者：李晨旭范丽君黄浩李准王昕上海电力大学电气工程学院上海200090 国网上海市电力公司嘉定供电公司上海201800 上海交通大学电工与电子技术中心上海200240

为解决接地网腐蚀支路诊断中牛顿-拉夫逊算法呈病态、受初值影响较大与DE算法求解随机、易陷入局部最优解的问题,提出了用于接地网腐蚀支路诊断的DE-MNR混合求解算法。首先借助于电网络理论提出了基于MNR算法与DE算法的接地网故障诊断模... 详细信息

为解决接地网腐蚀支路诊断中牛顿-拉夫逊算法呈病态、受初值影响较大与DE算法求解随机、易陷入局部最优解的问题,提出了用于接地网腐蚀支路诊断的DE-MNR混合求解算法。首先借助于电网络理论提出了基于MNR算法与DE算法的接地网故障诊断模型;在此基础上给出了DE-MNR诊断模型及具体的求解流程,该模型首先采用DE算法在支路电阻分布空间内搜索出较优的电阻分布,然后将其输出给MNR算法,MNR算法在具有较优初值的条件下快速收敛至最优解。60支路和112支路的接地网仿真实验表明DE-MNR算法能准确有效的诊断出接地网的多支路故障并判断各支路的腐蚀程度;通过与MNR算法的对比进一步说明了所提算法的有效性及稳定性。

关键词：接地网腐蚀支路诊断电网络理论 DE-MNR算法

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多箱电池包直冷热管理系统的实验研究

制冷学报 2024年

作者：李鑫盛贾腾赵耀姜山代彦军上海交通大学中英国际低碳学院太阳能发电及制冷教育部工程研究中心上海交通大学制冷与低温工程研究所

随着锂离子电池功率密度不断提高以及高功率快充技术的发展，电池热管理系统的设计已成为研究的重点和难点。基于吹胀式冷板构建了一种多箱电池包直冷热管理系统，并对系统在不同运行工况下的性能表现进行了实验研究。实验结果表明：在0... 详细信息

随着锂离子电池功率密度不断提高以及高功率快充技术的发展，电池热管理系统的设计已成为研究的重点和难点。基于吹胀式冷板构建了一种多箱电池包直冷热管理系统，并对系统在不同运行工况下的性能表现进行了实验研究。实验结果表明：在0.5 C倍率充电工况下，压缩机转速为2 400 r/min时，系统的平均性能系数(COP)可达到5.83，冷板的最大无量纲压力损失系数为6.27%，冷板间最大温差为1.90℃。冷板间的温差随着压缩机转速升高和冷板热载荷的增加而增大，冷板间最大温差为3.99℃。系统COP随着压缩机转速的升高而降低，系统COP最高可达7.41。

关键词：热管理系统直冷多箱电池包性能系数

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锂电池内部结构原位表征方法开发与验证

实验室研究与探索 2024年第5期43卷 24-27,67页

作者：韩瑶朱燕华鲍中秋张莹何琳上海交通大学分析测试中心上海200240

锂电池材料与空气接触会迅速发生反应,导致原始形貌和性能发生改变,限制了其构效关系的进一步深入解析,是锂电池研究领域亟待解决的瓶颈问题。因此,需要设计一种隔绝空气条件下未氧化锂电池内部结构微观尺度上的原位表征方法。目前,传... 详细信息

锂电池材料与空气接触会迅速发生反应,导致原始形貌和性能发生改变,限制了其构效关系的进一步深入解析,是锂电池研究领域亟待解决的瓶颈问题。因此,需要设计一种隔绝空气条件下未氧化锂电池内部结构微观尺度上的原位表征方法。目前,传统的聚焦离子束(FIB)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱(EDS)、电子背散射衍射(EBSD)和飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)等技术的表征方法相对独立,一次性装样就完成上述全部测试的应用尚未见相关文献。利用70°预倾台,在常规扫描电子显微镜、X射线能量色散谱和电子背散射衍射技术的基础上,采用聚焦离子束与飞行时间二次离子质谱联用技术,建立了一个真空环境下一次性装样就可完成锂电池正极材料内部结构表征的方法,并验证了该方法的可行性。这种方法还可以推广至其他类似结构的材料研究中,具有广泛的应用范围和广阔的应用前景。

关键词：锂电池原位表征方法聚焦离子束飞行时间二次离子质谱

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一种基于目标检测的动态环境下视觉定位系统

现代电子技术 2024年第2期47卷 160-164页

作者：钟兴军吴俊琦上海交通大学学生创新中心上海200240

传统的基于同时定位与建图模型的视觉定位方法需要满足目标点静止假设,但大多数小型机器人的实际应用场景为动态,这限制了现有视觉定位算法在小型机器人上的使用。为此,文中使用YOLOv5卷积神经网络对环境中的动态目标进行检测,然后剔除... 详细信息

传统的基于同时定位与建图模型的视觉定位方法需要满足目标点静止假设,但大多数小型机器人的实际应用场景为动态,这限制了现有视觉定位算法在小型机器人上的使用。为此,文中使用YOLOv5卷积神经网络对环境中的动态目标进行检测,然后剔除分布在图中的移动特征点,进而改进位姿估计准确性的动态消除方法,并将此方法集成于ORBSLAM2视觉定位系统。改进方案在TUM公共动态数据集上的测试结果表明,基于YOLOv5的检测方法能够快速、准确地识别场景中的动态目标,并显著降低动态环境下位姿估计的绝对误差和相对漂移,是一种有效的动态场景视觉定位方案。

关键词：视觉SLAM 目标检测定位系统 YOLOv5 特征点提取动态消除

适用于无人水下潜航器电池管理系统的SOC-SOH联合估计

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浙江大学学报（工学版） 2024年第5期58卷 1080-1090页

作者：卢地华周胜增陈自强上海船舶电子设备研究所上海201108 水声对抗技术重点实验室上海201108 上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

为了提高无人水下潜航器(UUV)电池管理系统状态的估计精度,提出荷电状态-健康状态(SOC-SOH)联合估计方法.搭建测试台架,采用4组锂离子电池进行全寿命周期下的充放电测试,获取不同老化程度下的特性数据.经理论推导和实验分析设计四维表... 详细信息

为了提高无人水下潜航器(UUV)电池管理系统状态的估计精度,提出荷电状态-健康状态(SOC-SOH)联合估计方法.搭建测试台架,采用4组锂离子电池进行全寿命周期下的充放电测试,获取不同老化程度下的特性数据.经理论推导和实验分析设计四维表征因子,建立基于改进支持向量回归(SVR)的SOH估计模型.探究电池状态的耦合关系,建立基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的SOC估计模型,采用遗忘因子递推最小二乘算法(RLS)更新模型参数,利用SOH对SOC估计结果进行修正.通过不同工况的实验进行验证,结果表明:四维表征因子和电池容量相关性好,SOH估计模型精度高,SOC估计模型精度在联合修正后得到提升.所提的联合估计方法具有较高的通用性和可靠性,可以作为有效的嵌入式电池管理系统状态估计算法.

关键词：无人潜航器(UUV) 锂离子电池 SOC-SOH联合估计扩展卡尔曼滤波(EKF) 支持向量回归(SVR)