石墨烯与碳纳米管氢吸附性能的分子模拟

在293.15 K、101.30 kPa的条件下,测定了氢气在石墨烯、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的储氢密度,对比了同等条件下采用不同力场计算得到的数据,筛选了3种碳材料的最佳计算力场。在此基础上,进一步计算了3种碳材料在0~1 000.00 kPa、77.00~573.15 K条件下的储氢密度。结果表明,Dreiding力场是计算石墨烯吸附储氢密度的最佳力场,Universal力场是计算碳纳米管吸附储氢密度的最佳力场;在给定条件下,3种材料吸附储氢能力强弱排序为石墨烯>单壁碳纳米管>多壁碳纳米管,储氢能力与材料的比表面积及其与氢气的弱结合力紧密相关。该研究结果可为分子模拟碳材料吸附储氢和储氢材料设计提供数据和理论支撑。     

NaAlH4储氢材料的研究

为了探讨金属配位氢化物能否成为高容量的储氢材料,介绍了金属配位氢化物NaAlH 4的储氢性质、催化反应机理、动力学性质、微观结构等方面的成果,旨在为储氢研究工作者提供有益的参考.结果表明,加大对金属原子的长程转移现象、粒度大小的影响及催化活性的研究,可使金属配位氢化NaAlH 4有望代替过渡金属作为储氢载体;同时,也展望了配位氢化物储氢材料的研究方向及应用前景.     

金属氢化物储氢反应器放氢特性的数值模拟

为了研究金属氢化物储氢反应器放氢过程的热质传递特性,本文建立了金属氢化物反应器的二维轴对称数学模型。此反应器内装填了Ti0.95Zr0.05Mn1.55V0.45Fe0.09储氢合金和膨胀石墨组成的复合压块。通过与文献中实验数据的对比验证了所建立模型的有效性。论文考察了换热流体温度、流体平均流速和氢气排出压力变化对金属氢化物反应器放氢过程的影响,比较了优化操作参数和基准操作参数下的放氢性能。并对优化操作参数下放氢反应过程特征进行了分析。模拟结果表明：换热管附近床层区域的换热效果更好,放氢反应进行得更快。当换热流体温度从313.15K升高到353.15K时,放氢时间从17100s降低到了6700s。虽然提高换热流体平均流速可以缩短反应器的放氢反应时间,但其强化效果是很有限的。当换热流体流速超过3m/s时,氢化物床与换热管壁之间的接触热阻成为整个传热过程的主要热阻,增加流速的强化效果已不明显。优化后的操作参数为：氢气排出压力为0.3MPa、换热流体温度为353.15K、换热流体平均流速为3m/s。与基准操作参数相比,放氢反应时间缩短了约56%,对操作参数的优化能够显著地提高反应器的放氢速率。Ti0.95Zr0.05Mn1.55V0.45Fe0.09合金的放氢反应过程仅仅在前4s内主要受氢气压力的控制,而随后的反应过程主要是受传热过程控制。     

金属氢化物导热系数测量

储氢材料是一类新的功能材料。研究它的导热性能，对于储氢材料使用时放氢所需的热源以及加热时间是十分重要的。通过稳态测量和非稳态测量理论分析，设计出相应的实验装置，探讨金属氢化物导热系数的测定。     

不同热导率下MIL-101(Cr)储氢过程的数值模拟研究

在MOFs材料储存氢气过程中，由于材料本身热导率低，导致热量聚集，影响氢气储存性能。为了提高吸附材料的导热性能，且兼顾其储氢能力，利用数值模拟的方法，分析了吸附材料热导率的最佳调控范围。结果表明，当吸附材料热导率为0～1.2 W/（m·K）时，储氢罐的最高温度、平均温度和吸氢量随着热导率的提高得到明显的改善；当吸附材料热导率大于1.2 W/（m·K）时，改善效果明显减弱；当吸附材料热导率大于2.0 W/（m·K）时，改善效果几乎消失。因此，吸附材料的最佳热导率应当控制在1.2 W/（m·K）左右。     

"反应失稳"复合储氢材料的研究进展

轻金属化学氢化物及配位氢化物因具有较高的含氢量而成为当前储氢研究的热点,然而热稳定性高和可逆性差制约了其应用.氢化物"反应失稳"概念的提出提供了一种全新的解决途径.概述氢化物"反应失稳"的概念、体系构建及其纳米调制,以明确"反应失稳"体系储氢材料研究中的关键问题及发展趋势.     

中科院大连化物所储氢材料研究获进展

正中国科学院大连化学物理研究所的研究人员在储氢材料研究方面取得新进展,通过多组分氢化物复合,显著改善了Mg(NH_2)_2-LiH储氢材料的吸脱氢热力学和动力学性能,实现了100℃以下可逆吸脱氢。在此前研究人员设计的金属氨基化合物储氢体系中,Mg(NH_2)_2-LiH材料具有较高的储氢容量和较好的可逆性,被认为是最具车载实用前景的储氢材料之一。但该体系需要较高的吸氢温度(150℃)和放氢温度(180℃),利用燃料电     

基于金属氢化物的单级氢压缩机的性能模拟

基于金属氢化物的氢压缩机是金属氢化物最有前途的应用之一。它具有从低温位热源中回收动力、对环境友好、安全可靠等优点。以LaNi5合金为氢压缩机的工质,建立了考虑壁面对流换热系数、合金导热系数、热源温度等因素的能量分析模型,应用有限容积法对描述反应床与储氢罐间的动态平衡过程进行了离散求解,综合分析了其操作工况的改变,对单级氢压缩机性能的影响,并提出了系统的优化措施。给定氢压缩机的压力比,氢压缩机存在最低热源温度;效率随热源温度的增加先增后减,冷源温度大约控制在285 K;给定冷、热源温度,合金导热系数与对流换热系数值亦存在最合适值;在给定工况及反应床尺寸下,储氢罐容积对压缩机性能有较大的影响。     

废热驱动金属氢化物热变换器的性能分析

以 LaNi4.5Al0.5/LaNi5 为金属氢化物热变换器的工质对,建立了考虑反应器相对质量和比热容、热回收率等因素的金属氢化物热变换器能量分析和 分析模型,分析了热源温度、反应器相对质量和比热容、热回收率以及氢气的转化率对系统性能的影响,并提出了相应的改进措施,从而提高了金属氢化物热变换器的性能。     

流化床膜反应器甘油强化重整的数值模拟

为实现生物柴油副产物甘油在制氢行业的发展,以流化床甘油重整制氢为研究对象,基于双流体模型和颗粒动力学理论,结合甘油重整反应动力学模型,并嵌入二氧化碳吸附动力学模型和氢气膜分离模型来描述两种强化重整方法的作用. 对流化床反应器生物甘油强化重整制氢过程开展了数值模拟,对反应器内颗粒浓度、组分浓度、温度进行预测,探究重整过程中气固两相流动与反应特性,分析氢气膜分离和二氧化碳吸附两种强化重整方法的相互作用规律,评价操作参数对重整性能的影响. 结果表明:二氧化碳吸附可以抑制浓度极化阻力,提高氢气渗透速率;吸附剂与催化剂比例为1∶1时,与没有吸附剂相比,氢气相对产量提高了5%;氢气分离膜厚的减少会进一步提高二氧化碳吸附速率,当膜厚从300 μm减少到30 μm时,吸附速率提高1.4%;催化-吸附双功能颗粒的使用可以加强二氧化碳的吸附水平,同时促进氢气分离过程,相较于无吸附强化,氢气渗透量提高了近20%.     

金属储氢材料理论研究综述

氧能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视,储存技术是氢能利用的关键.储氢材料是当今研究的重点课题,也是氢的储存和输送过程中的重要载体,综述了目前已采用或正在研究的金属储氢材料的理沦研究情况,如镧基、镁基、Li-N-H等储氢材料,并指出其研究趋势.     

“研究生论坛”金属氢化物反应器的传热性能与反应特性分析

建立了内置螺旋换热管的金属氢化物反应器的三维数学模型,其特点是耦合了螺旋管内载热流体温度变化对反应过程的影响。根据所建模型并采用多物理场软件对反应器传热及反应过程进行数值模拟,分析了不同操作参数下反应器的传热性能与吸氢反应特性。结果表明：吸氢反应过程可划分为三个阶段,第一阶段主要受氢气压力影响,第三阶段主要受传热过程控制,其间为过渡段;氢气压力的减小能降低反应速率和床层平均温度,当其低至0.6MPa时,反应速率显著降低;载热流体温度的升高使传热温差减小,从而导致反应速率降低,当其高至323K时,反应已不能彻底进行;床层中,靠近螺旋管壁处温度较低,反应更为充分,但远离管壁的区域换热性能较差,反应较缓慢,由此指出了换热结构的改进方向。     

Role of Composite Phase Change Material on the Thermal Performance of a Latent Heat Storage System: Experimental Investigation

复合相变材料对潜热储能系统中热性能作用的实验研究

Jasim Abdulateef¹, Ahmed F. Hasan^2*,Mustafa S. Mahdi²

（1. 迪亚拉大学 机械工程系,巴古拜 32001,伊拉克;2.迪亚拉大学 化学工程系,巴古拜 32001,伊拉克）

摘要：

石蜡是可用于潜热储能系统单元（LHSU）的理想的相变材料（PCM）。这种潜热储能单元的使用因相变材料导热性差而受到限制。本文采用铝和相变材料制成的金属泡沫生产复合相变材料,以此作为相变材料-潜热储能单元中的导热材料,并使用水作为传热流体（HTF）。通过实验,评估了使用纯相变材料和复合相变材料的潜热储能单元的传热特性。研究包括熔化和凝固过程中相变材料的时变可视化。此外,热存储室内放置一个热电偶网络,记录每个过程的温度分布。结果表明,复合相变材料-潜热储能单元在熔化和凝固过程中均表现出较好的性能。由于金属泡沫的作用,复合相变材料-潜热储能单元的熔化时间比简单的相变材料-潜热储能单元快83%左右,凝固时间减少85%左右。

关键词：相变材料;金属泡沫;潜热;复合相变材料

     

基于金属氢化物的太阳能热电站高温蓄热系统经济性分析

高温蓄热系统是太阳能热电站的关键子系统。基于金属氢化物的高温蓄热系统具有能量储存密度大、腐蚀性低和反应易于控制等优点,是很有发展潜力的蓄热技术。建立了金属氢化物高温蓄热系统的经济性分析模型,分析了不同类型的太阳能高温蓄热系统的成本,并计算得到了能量平均成本。初步估计,"蓄热反应器+储氢罐"金属氢化物蓄热系统的单位蓄热成本只有两熔盐罐蓄热系统的四分之一左右。大汉电站采用此种蓄热装置后,其能量平均成本降低了0.25元/kW.h。     

Gaseous sorption and electrochemical properties of rare-earth hydrogen storage alloys and their representative applications: A review of recent progress

The improvement of hydrogen storage materials is a key issue for storage and delivery of hydrogen energy before its potential can be realized. As hydrogen storage media, rare-earth hydrogen storage materials have been systematically studied in order to improve storage capacity, kinetics, thermodynamics and electrochemical performance. In this review, we focus on recent research progress of gaseous sorption and electrochemical hydrogen storage properties of rare-earth alloys and highlight their commercial applications including hydrogen storage tanks and nickel metal hydride batteries. Furthermore, development trend and prospective of rare-earth hydrogen storage materials are discussed.     

An Investigation on Hydrogen Storage Kinetics of the Nanocrystalline and Amorphous LaMg_(12)-type Alloys Synthesized by Mechanical Milling

Nanocrystalline and amorphous LaMg_(12)-type LaMg_(11)Ni + x wt% Ni(x = 100, 200) alloys were synthesized by mechanical milling. Effects of Ni content and milling time on the gaseous and electrochemical hydrogen storage kinetics of as-milled alloys were investigated systematically. The electrochemical hydrogen storage properties of the as-milled alloys were tested by an automatic galvanostatic system. And the gaseous hydrogen storage properties were investigated by Sievert apparatus and a differential scanning calorimeter(DSC) connected with a H_2 detector. Hydrogen desorption activation energy of alloy hydrides was estimated by using Arrhenius and Kissinger methods. It is found that the increase of Ni content significantly improves the gaseous and electrochemical hydrogen storage kinetic performances of as-milled alloys. Furthermore, as ball milling time changes, the maximum of both high rate discharge ability(HRD) and the gaseous hydriding rate of as-milled alloys can be obtained. But the hydrogen desorption kinetics of alloys always increases with the extending of milling time. Moreover, the improved gaseous hydrogen storage kinetics of alloys are ascribed to a decrease in the hydrogen desorption activation energy caused by increasing Ni content and milling time.     

Ca原子修饰的g-C3N4增强储氢能力的机理研究

利用第一性原理计算,发现Ca原子修饰的g-C₃N₄（Ca-C₃N₄）具有高的储氢能力。H与Ca-C₃N₄之间增强的吸附能主要归功于H-1s和Ca-1s轨道之间较强的化学吸附以及H-1s和Ca-3d轨道之间的杂化。在外加电场下,Ca与g-C₃N₄之间的极化具有良好的可调特性,这对于H的吸附和释放具有重要的作用。该理论计算结果能够为提高金属原子修饰的g-C₃N₄的储氢能力开辟一条可行之路。