钙基热化学储能体系装备与系统研究进展

近年来,由于可持续发展的需要,太阳能等清洁可再生能源的大规模应用被提上日程。为解决太阳能受天气、昼夜等因素影响造成的不能持续稳定供能的问题,许多学者提出将储能系统整合至太阳能发电中,将太阳能热量以某种方式存储起来,需要时释放,从而使系统能持续运转。其中,热化学储能由于能量密度高,材料能够长期稳定储存与运输等优势,成为储能领域中新兴的研究热点。在众多的热化学储能材料中,基于CaCO₃/CaO与Ca(OH)₂/CaO体系的钙基热化学储能系统材料安全性高,成本较低且易于获得,十分具有发展潜力。本文对这两种钙基热化学储能体系的原理与材料进行了简单介绍,综述了该领域先进反应器设计与系统集成控制方面的国内外发展状况,探讨了目前研究面临的挑战与机遇,提出了钙基热化学储能技术的今后研究与发展方向的建议。     

ZrO2粒径对盐助燃烧合成纳米ZrC微观结构的影响

采用盐助燃烧合成工艺制备了纳米碳化锆(ZrC)粉体,研究了原料氧化锆(ZrO₂)粒径对纳米ZrC粉体微观结构的影响规律和作用机制。结果表明,在ZrO₂-Mg-C体系中,随着ZrO₂原始粒径减小(200→10 nm),碳锆体系反应活性增强,ZrC中的游离碳含量逐渐减少,ZrC粉体的平均粒径随ZrO₂粒径的减小而减小,当加入粒径为10 nm的ZrO₂时,ZrC粉体的平均粒径为48 nm,且类球形形貌更加均匀。原料ZrO₂粒径减小,比表面积增大,提高了反应活性和渗碳速度,从而减小了反应时间、反应温度对晶粒生长的影响,获得了分布均匀的高纯纳米ZrC粉体。     

太阳能热化学储能研究进展

太阳能热发电技术对缓解全球资源紧张和改善环境有广阔的应用前景,大规模高温无损储热是太阳能热发电系统的关键。本文通过对显热储能、潜热储能和热化学储能3种热能储存方式的比较,认为热化学储能方法由于储能密度高,且可长期在环境温度下无热损储存,因而为太阳能热发电中的高温热能储存提供了一种潜在的方法。并对热化学储能在太阳能热力发电的应用上进行了技术经济分析,综述了几种有前景的热化学储能体系的研究进展,总结了各种储能体系的现存问题。根据热化学储能方法在实用化过程中存在的技术经济问题,指出了热化学储能技术的未来研究方向是储能反应器的设计、能量储存/释放循环性能探究、储能体系的选择及热化学储能系统的中试放大研究等。     

SiO2粉末对立体光固化用SiC陶瓷浆料的影响研究

为解决SiC陶瓷浆料立体光固化难题，本文采用添加不同粒径和不同含量的球形氧化硅的方法改性SiC陶瓷浆料。研究发现，SiC陶瓷浆料48 h的稳定性随SiO₂添加量(SiC粉末总质量的5%、10%、15%)的变化基本保持不变，但是随着SiO₂粒径(1μm、5μm、10μm)的增大有降低的趋势。另外，浆料的黏度随着SiO₂添加量的增加明显，随SiO₂粒径的增大有所降低。而固化深度随SiO₂添加量的增加呈现先增大后减小的趋势，随SiO₂粒径的增大变化并不明显。整体而言，粒径为1μm，添加量为10 wt%的SiO₂是比较恰当的选择，适合配制黏度较低、稳定性好以及固化深度满足固化要求的SiC陶瓷浆料，最终通过此配方成功实现了SiC浆料的立体光固化。     

La2O3掺杂SiO2-B2O3-Nb2O5复相微晶玻璃相界及储能性能研究

采用可控析晶法制备了La₂O₃掺杂的SiO₂-B₂O₃-Nb₂O₅ (SBN)复相微晶玻璃,利用DSC、Raman、XRD、SEM、铁电和介电性能测试等分析表征了La₂O₃掺杂对SBN复相微晶玻璃结构与储能性能的影响。结果表明:La₂O₃掺杂能够有效提高复相微晶玻璃的热稳定性,随着La₂O₃含量增加,系统析晶势垒增大,热膨胀系数先降低后升高,价键振动加剧,介电常数先增大后减小,介电损耗先减小后增大;掺杂1.00%(摩尔分数)La₂O₃时,复相微晶玻璃在40 kV/cm电场下的储能密度和储能效率最大,分别为0.031 J·cm^-3和77.6%;储能性能主要通过介电常数和击穿场强的协同作用来评价,La₂O₃能通过提高结构热稳定性和降低介电损耗来提高介电常数,当其引入体系后处于玻璃网络的空隙中,可有效增强材料耐击穿性能;复相微晶玻璃结构可以增加结构无序度,从而降低弛豫损耗,有效提高材料的储能性能。     

氯化锰/氨热化学吸附储热的特性

热化学吸附储热具有储热损失小、储热密度高、可实现冷热复合储存等优点，近年来得到了广泛的关注。本文以MnCl₂/NH₃作为吸附储热工质对，基于热化学吸附技术构建了热化学吸附储热实验平台，对MnCl₂/NH₃热化学吸附系统的储热性能进行了理论分析和实验研究。结果表明：在解吸充热温度、吸附放热温度、冷凝/蒸发温度分别为162℃、45℃和25℃的运行条件下，试验获得的吸附储热密度最大，其值为1296.36kJ/kg MnCl₂或1101.90kJ/kg固化复合吸附剂。当放热温度从45℃增大到85℃时，热化学吸附储热系统的吸附储热效率从38.98%降低至24.08%。由于传热传质、化学反应动力学等因素的影响，相同运行工况下吸附储热系统实际所获得的储热性能要低于理论值。     

稀土掺杂对铌酸钠基陶瓷介电及储能性能的影响

随着对电子器件高度集成化、小型化的需求,电介质陶瓷逐渐成为脉冲电力电子系统中关键材料之一。其中,具有大的最大极化、小的剩余极化以及低的介电损耗的反铁电储能陶瓷逐渐成为最佳的储能陶瓷材料。采用固相反应法制备了Sm³⁺掺杂的0.9NaNbO₃-0.1BiFeO₃(NN-BF)基弛豫反铁电陶瓷,化学式为(1–x)[0.9NaNbO₃-0.1BiFeO₃]-x Sm₂O₃(x=0.01,0.02,0.03,0.04),系统地探究了Sm³⁺掺杂对NN-BF基储能陶瓷物相结构、微观形貌、介电性能及储能性能的影响。结果表明：随着Sm³⁺掺杂量的增加,储能陶瓷的晶粒尺寸和剩余极化均呈现先减小后增大的趋势,而击穿场强、最大极化、储能密度及储能效率均呈现先增大后减小的趋势。此外,由于Sm元素价态不稳定,适量掺杂Sm³⁺可以稳定Fe³⁺的价态,使NN-BF的反铁电相更加...     

基于太阳能蓄热过程的甲烷二氧化碳重整研究进展

热化学储能技术因为其储能密度高、热损小、能长距离运输等优点而成为保证太阳能长久稳定供应的关键技术。本文对基于甲烷二氧化碳重整反应的太阳能热化学储热系统研究现状进行了回顾,重点讨论了甲烷重整催化剂、重整反应器以及储能系统整体的传热特性等3个方向的研究进展。指出新型高效催化剂以及反应器开发和性能测试是目前该领域的主要研究方向。发现辐射热损失、非均匀温度分布特性、辐射热流的时变波动特性,以及由此造成的能量与化学反应的不匹配限制了热化学系统能量储存效率的进一步提高,并提出催化剂的催化特性与物性/结构参数依变关系,反应器辐射吸收特性、传热传质特性和反应特性之间的相互作用机制,以及系统时变动态特性与反应物流/辐射能流的匹配关系是建立甲烷重整热化学储能系统优化设计理论亟待解决的关键问题。     

NaNbO3–CaZrO3–Bi0.5Na0.5TiO3三元系陶瓷的相结构与储能性能

铌酸钠(NaNbO₃)无铅陶瓷由于其无毒和出色的储能性能，在脉冲功率电容器领域吸引了越来越多的关注。然而，由于较大的有效储能密度(W_rec)和高的储能效率(η)不能同时实现，限制了其商业化。通过构建局域随机场，增加弛豫特性来提高储能性能的策略。采用传统固相法制备了(1–x)(0.96Na Nb O₃–0.04CaZrO₃)–x Bi_0.5Na_0.5TiO₃ (x=0.05、0.10、0.15、0.20)反铁电储能陶瓷，研究了不同含量Bi_0.5Na_0.5TiO₃对0.96Na Nb O₃–0.04CaZrO₃陶瓷的相结构、微观形貌、介电性能和储能特性的影响。结果表明：随着Bi_0.5Na_0.5TiO₃含量的增加，(1–x)(0.96NaNbO₃...     

氯化物熔盐材料的制备及其热物理性质研究

制备了NaCl-CaCl₂、NaCl-KCl-CaCl₂、NaCl-CaCl₂-MgCl₂、KCl-CaCl₂-MgCl₂、NaCl-KCl-MgCl₂、NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂六种氯化物熔盐材料。采用差示扫描量热法确定它们的低共熔点和组成，测量其比热容、密度、黏度等热物性。测试熔盐材料的质量损失曲线确定工作温度上限，根据测试的结果，对其储能密度进行计算。研究结果表明：NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐材料熔点为380.3℃，流动性较好，工作温度范围为430~700℃，储能密度为625.1 J·cm^-3，是六种熔盐中熔点最低、储能密度最大的熔盐，适合作为传热储热材料。NaCl-KCl-CaCl₂熔盐熔点为503.8℃，工作温度范围为550~850℃，储能密度为559.9 J·cm^-3，储能密度仅次于NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐，适合作为高温储热熔盐材料。     

热化学储能的研究现状与发展前景

综述了热化学储能方法的基本原理及特点,并对几种有应用前景的热化学储能体系的研究现状及现存问题进行了评述,包括无机氢氧化物的热分解、甲烷-二氧化碳重整、氨基热化学储能、金属氢化物分解和水合盐分解。结果表明热化学储能方法由于储能密度高且可长期无热损储存等独特优势在太阳能热力发电、高温余热回收等大规模兆瓦级储热领域具有广阔的应用前景。同时基于热化学储能方法在实际应用中存在的诸多问题,指出热化学储能未来的研究方向。     

硫黄/促进剂用量比对丁腈橡胶胶料性能的影响

研究硫黄/促进剂TBBS用量比(简称硫/促比)对丁腈橡胶胶料性能的影响。结果表明：随着硫/促比的减小,混炼胶的门尼粘度、t₁₀和F_L变化不大,t₉₀先缩短后延长,F_max和F_max-F_L逐渐减小;硫化胶的硬度、定伸应力、拉伸强度和撕裂强度逐渐减小,拉断伸长率和回弹值逐渐增大;硫/促比对混炼胶的频率扫描和应变扫描结果影响不大,硫化胶的储能模量随着硫/促比的增大而增大,损耗因子随着硫/促比的增大而减小。     

热化学复合吸附储热循环的理论及实验

对一种基于固-气可逆化学反应的热化学复合吸附储热循环的储热特性以及能量品位提升性能进行了理论分析,并以MnCl₂/SrCl₂/NH₃作为工质对进行了实验研究。理论分析表明,热化学复合吸附储热循环不仅可以降低外界驱动热源的温度并保证输出热能温度稳定,而且能大幅度地提升输出热能的温度品位。在MnCl₂和SrCl₂都参与放热的实验工况下,获得的储热效率为93.31%。MnCl₂复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐MnCl₂和单位质量的固化吸附剂计量分别为4393.36和3734.36 kJ·kg^-1;SrCl₂复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐SrCl₂和单位质量的固化吸附剂计量分别为1947.28和1655.19 kJ·kg^-1。结果表明,热化学储热是一种相当有潜力的储热方式,可为低品位热能的高效回收利用提供强有力的技术支持。     

三维上流式反应器床层流动和返混特性

采用内径为280 mm的上流式反应器,以空气模拟气相、甘油和水混合溶液模拟渣油。用3种不同粒径的氧化铝球形工业催化剂颗粒为填充颗粒,考察了不同模拟物系的颗粒粒径、颗粒密度、液相黏度、不同床层的高径比和不同操作条件对上流式反应器内床层压降及其波动、床层轴向返混的影响规律。得到模拟工业运行物系和操作条件的上流式反应器床层总压降关联式,相对误差在12%以内。床层总压降均随床层高径比、颗粒密度和液相黏度增加而增大,但随颗粒粒径的增大而减小,床层压降波动随表观气速增加而增大。填充颗粒粒径越小、颗粒密度越小、高径比越大,床层内轴向返混越严重;床层内压降和轴向返混均随表观气速的增加而增大。     

三维上流式反应器床层流动和返混特性

采用内径为280 mm的上流式反应器,以空气模拟气相、甘油和水混合溶液模拟渣油。用3种不同粒径的氧化铝球形工业催化剂颗粒为填充颗粒,考察了不同模拟物系的颗粒粒径、颗粒密度、液相黏度、不同床层的高径比和不同操作条件对上流式反应器内床层压降及其波动、床层轴向返混的影响规律。得到模拟工业运行物系和操作条件的上流式反应器床层总压降关联式,相对误差在12%以内。床层总压降均随床层高径比、颗粒密度和液相黏度增加而增大,但随颗粒粒径的增大而减小,床层压降波动随表观气速增加而增大。填充颗粒粒径越小、颗粒密度越小、高径比越大,床层内轴向返混越严重;床层内压降和轴向返混均随表观气速的增加而增大。     

SiO2气溶胶含量对其原位聚合涤纶性能影响的研究

通过不同用量的SiO₂气溶胶与对苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)进行原位聚合,制备气溶胶涤纶长丝,测试其导热系数、克罗值、密度、拉伸强度、伸长率。研究结果表明,低含量的SiO₂气溶胶对导热系数有增大趋势,而随着SiO₂气溶胶含量进一步增加,导热系数剧烈下降;同样拉伸强度、伸长率也有先增大后减小的现象。而保暖性(克罗值)的变化则相反,呈现出先减小后增大的趋势;体积密度则随着SiO₂气溶胶含量的增加渐渐减小。研究结果对提高涤纶面料的保暖性,降低服装负重感,改善织物的抗起毛起球性有重要的意义。     

超重力旋转填充床氧解吸过程的数值模拟

基于旋转填充床流体流动的可视化结果,建立了超重力旋转填充床气液传质过程的数学模型,模拟氮气解吸水中溶解氧的传质过程。模拟结果表明,缩短液相停留时间、提高液相扩散系数都能增大液相传质分系数k_L;总体积传质系数K_La随超重力因子的增加而增大、随温度的上升而增大、随气相流率的增加略有下降、随液相流率的增加明显增大;空腔区传质贡献率随空腔区的增大而增大,随超重力因子的增大而减小;且短暂的停留时间是超重力旋转填充床对传质过程强化的本质原因。模型较好地符合文献的实验数据,误差在±16%以内。     

矿物形态对聚丙烯复合材料性能的影响

采用熔融共混法制备了聚丙烯（PP）/矿物填料复合材料,考察了云母与硅灰石粒径及其组合填充对复合材料力学及流动性能的影响。结果表明,PP/硅灰石复合材料的拉伸与弯曲强度、模量均随着硅灰石粒径的增大而下降,而复合材料的断裂伸长率随着硅灰石粒径增大而增大,缺口冲击强度随着粒径增大先减小后增大。当硅灰石的累计粒度分布百分数达到90%时的粒径(D₉₀)为8.72 μm时,复合材料的弯曲强度、拉伸及弯曲弹性模量与缺口冲击强度分别较纯PP提高了7.77%,119.0%,100.4%与17.46%。PP/云母复合材料的拉伸与弯曲强度随着云母粒径的增大先下降后上升,断裂伸长率、缺口冲击强度与熔体流动速率随着云母粒径增大而下降,复合材料的拉伸与弯曲弹性模量随云母粒径的增大而增大。当云母的D₉₀为60.09 μm时,复合材料的弯曲强度、拉伸及弯曲弹性模量与缺口冲击强度分别较纯PP提高了10.43%,177.6%,172.8%与17.46%。硅灰石与云母组合填充PP的力学及加工性能基本介于单独填充硅灰石与云母所得到的复合材料性能之间,两者组合填充不能产生协同效应。     

太阳能甲烷干重整复杂反应体系的热化学储能特性

基于热力学第一和第二定律对太阳能甲烷干重整复杂反应体系的热力学特性进行建模分析,研究该体系在不同太阳光照强度时的反应器温度响应及热化学储能特性,以及副反应和各部分能量损失对整个体系能量效率的影响规律。通过平衡常数法计算反应器平衡状态时的物质组成,并进而利用热力学模型计算不同条件下入口气转化率、选择性、功效率和能量转换效率的变化规律。结果表明：进料比n(CO₂)/n(CH₄)的升高有助于提高甲烷转化率、选择性、功效率和能量转换效率;反应器温度的变化对系统热化学储能特性的影响显著,在较低温区（923～1123K）,副反应较多,且随着温度的升高副反应逐渐受到抑制,积炭减少,功效率和能量转换效率逐渐升高,并在1123K时达到峰值;温度继续升高（>1123K）,反应器辐射损失显著增加,导致功效率和能量转换效率随温度升高而降低;高温区（>1200K）,副反应受到抑制,复杂反应体系的系统效率同单一反应体系趋于一致,副反应基本对系统性能无影响。     

不同流体Prandtl数时颗粒有序填充床的流动传热性能

对小管径/粒径比颗粒有序填充床进行数值模拟,研究流体普朗特数(Pr)变化及不同管径/粒径比对填充床流动与传热性能的影响。结果表明,颗粒填充通道可分为入口阶段、充分发展阶段以及出口阶段,各个阶段的流动与传热特点不同。在相同雷诺数(Re)时,流动传热充分发展阶段传热系数和压降均随管径/粒径比的增大而增大,且后者增大的幅度大于前者。流动工质的Pr越大,填充床努塞尔数(Nu)越高,而Pr变化对阻力系数的影响可忽略。Pr不同,Nu随管径/粒径比的变化趋势不同,而阻力系数随管径/粒径比的变化趋势相似。