混合加热反应器内Ca(OH)_(2)/CaO热化学储能体系实验北大核心CSCD

热化学储能(thermochemical energy storage,TCES)技术是未来可再生能源社会最具前景的技术之一。Ca(OH)_(2)/CaO TCES体系因其储能密度较高、环境友好、廉价等特点受到人们的广泛关注。本工作建立了一个直接与间接混合加热的固定床反应器实验平台,进行了空气氛围下的储/释热实验,探究了混合加热反应器内的储热特性与限制因素,并在此基础上探究了在反应器尺度改善循环性能的可行方案。实验研究表明,采用直接与间接混合加热的方式,使得反应呈现向心推进与逐层推进相结合的形式,增进了储能反应的速率;反应性能随着循环次数增多逐渐下降,5次循环后的储能反应最大转化率降低了5.6%,10次循环相较于5次循环的反应最大转化率降低了3.8%。TG实验与粒径测试结果表明,空气中CO_(2)是造成循环性能下降的主要因素;提高脱水温度可以有效恢复循环性能,650℃时所提供的过余温度可以有效降低反应物中CaCO_(3)的含量。     

Na_(2)CO_(3)/电石渣复合相变储热材料制备与性能北大核心CSCD

为循环利用工业固体废弃物,降低储热系统成本,以工业固废电石渣替代传统骨架材料,采用冷压烧结法创新制备7种不同配比的Na_(2)CO_(3)/电石渣复合相变储热材料,利用差示扫描量热法、恒速增压法、电子显微法、高温热冲击法、X射线衍射法、红外吸收光谱法等方法研究其储热性能、力学性能、微观结构、热循环稳定性和化学兼容性。结果表明,电石渣与碳酸钠结合可形成性能优异的复合相变储热材料;电石渣与碳酸钠质量比为52.5∶47.5时制备的复合相变储热材料(NC5)综合性能最佳,储热密度在100~900℃内达到993 J/g,抗压强度达到22.02 MPa,最高导热系数为0.62 W/(m·K);样品NC5中不同组分均匀分布,组分间具有良好的兼容性;样品NC5经100次加热/冷却循环后仍具有优异的储热性能,可为固废资源化利用和低成本储热材料研发提供技术支持。     

含碳二元系相变储热材料储热性能分析选择北大核心CSCD

相变储热技术与聚光太阳能发电技术相结合可以提高太阳能的利用率,减缓化石燃料燃烧带来的环境压力。本文通过分析相变储热材料的选择标准,对筛选出具有研究价值的含碳二元系相变储热材料的性能特别是热物理性能进行分析。研究发现,硅、硼、铝、铬、铁单质材料与碳元素形成的二元化合物或固溶体具有较高的熔点,形成的含碳二元系相变储热材料在高温相变储热领域应用前景广阔。在含碳二元系相变储热材料中,Fe-C二元合金可满足高温相变储热系统1100~1500℃的相变储热要求,当合金为含碳4.3%的Fe-C共晶成分时,Fe-C二元合金的相变潜热理论值为611 kJ/kg,热导率约为(40±16)W/(m·K),相变温度为1148℃,具有相对其他合金成分更为优异的综合储热性能可用于聚光太阳能热发电系统储热。     

矿物基硫酸镁热化学吸附材料的制备与性能评价北大核心CSCD

本工作以凹凸棒土、硅藻土和膨胀蛭石三种矿物材料为载体,采用等体积浸渍法制备了矿物基硫酸镁热化学吸附材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面积与孔结构测试表征了矿物载体与矿物基硫酸镁复合材料的微观结构,并基于热失重(TG)、动态水蒸气吸附(DVS)和差示扫描量热(DSC)测试对复合材料的吸附/脱附动力学性能和储热性能进行了评价。研究发现,硅藻土的圆盘形微观结构有利于复合材料获得更快的脱附/吸附反应速率和更高的储热能力,其脱附反应热可达557.1 kJ/kg。此外,环境温度25℃、相对湿度85%为矿物基硫酸镁复合材料的最佳吸附反应条件。     

高温相变储热材料制备与应用研究进展北大核心CSCD

面向工业领域蒸汽供热需求,大力发展高温相变储热技术,有效调节电网峰谷负荷,有力促进电能替代,助力实现“碳达峰、碳中和”目标。本文通过对近期相关文献的回顾,首先介绍了相变材料优选原则与方法,其次介绍了高温相变材料的分类,着重阐述了盐基高温复合相变材料的最新研究动态,包括金属泡沫/无机盐、石墨泡沫/无机盐、膨胀石墨/无机盐、多孔陶瓷/无机盐复合相变材料和黏土矿物/无机盐相变复合材料,指出高温复合相变材料可以改善无机盐低热导率和热稳定性、腐蚀密封材料等问题。然后总结了高温相变材料的制备方法,指出浸渗法、溶胶-凝胶法、冷压烧结法在实际应用中各有利弊,相比之下,冷压烧结法是制备盐基复合材料最具成本效益的方法。最后重点介绍了高温复合相变材料在工业过程余热回收、电力调峰、太阳能热发电三个领域的应用现状,为研究不同场景下蒸汽型高温相变储热系统容量配置和经济评估方法提供了理论基础。     

偏心分形翅片管相变储热单元性能强化模拟北大核心CSCD

为了探索偏心分形翅片管对相变储热单元性能强化的作用机理,对偏心分形翅片管相变储热单元中石蜡的熔化展开了二维非稳态模拟研究。在考虑自然对流的情况下对比研究了偏心矩形翅片和偏心分形翅片两种储热单元的传热特性。并对偏心分形翅片结构进行了局部强化,选择矩形翅片、Y型翅片和分型翅片3种方案。结果表明,偏心分形翅片结构对自然对流的促进高于偏心矩形翅片结构且整体温度分布更均匀,这与分型翅片可以促进热量由点到面的扩散相符。在3种局部强化方案中,偏心分形翅片强化效果最佳,且整个过程的熔化速率都有提高,使熔化时间缩短了70%。这对管壳式相变蓄热器的性能提升提供了很好的理论指导,进一步扩展了其在储能领域的应用前景。     

新型分叉翅片强化管壳式储能罐储热性能北大核心CSCD

针对相变材料的质量和最大储热能力因翅片占据相变储能装置的部分体积而下降的问题,实现翅片结构优化具有重要意义。本工作在传统纵向翅片的基础上根据分叉形状提出了一种新型翅片来提高管壳式相变储能罐的储热性能,并针对该装置中相变材料带自然对流的熔化过程进行了三维数值模拟研究,分析了翅片数量、传热流体的入口温度和流速对相变材料熔化过程的影响。研究结果表明:与具有同等体积和数量的纵向翅片相比,新型分叉翅片显著加快了管壳式相变储能罐的蓄热过程。与无翅片和纵向翅片相比,新型分叉翅片使相变材料的熔化时间分别缩短了59.9%和23.4%,平均储热速率分别提高了142.1%和31.4%。在不改变翅片体积的前提下,增加翅片的数量可以减少相变材料的熔化时间,提高平均储热速率,但当翅片数量超过6时,对储热性能的进一步改善效果不明显。提高传热流体的入口温度和流速不仅可以缩短相变材料的熔化时间,也可以增加总储热量和平均储热速率。研究结果可为管壳式储能装置的结构优化和太阳能的高效利用提供一定的参考价值。     

光伏直驱的太阳能跨季节储热系统试验研究北大核心CSCD

针对太阳能跨季节储热系统中存在控制复杂、电耗较高等问题,文章设计一种光伏直驱的太阳能跨季节储热系统,并搭建试验平台,探究不同工况下系统电、热性能。结果表明,光伏直驱的太阳能跨季节储热系统运行无需控制系统及市电消耗,光伏电池通过影响水泵输入功率来控制系统流量,系统在2.45 m^(2)光伏电池驱动下,于辐照度420 W/m^(2)时启动。辐照度小于750 W/m^(2)时,流量变化趋势与辐照度变化趋势相同;大于750 W/m^(2)时,流量趋近稳定。该系统晴天与多云天太阳能储热率分别为35.68%和29.12%,较温差控制式系统分别高6.56%和7.29%,光伏利用效率分别为78.60%和86.01%。集热/储热流量比的变化对系统性能影响较小,应关注水泵启停辐照度的合理优化设计及蓄电池等储能装置的加入。     

基于相变材料的储热器及其传热强化研究进展北大核心CSCD

相变储热是具有广阔应用前景的储能技术之一,具有储热密度大、相变温度稳定等优点,但相变材料的热导率低制约了相变储热技术的发展。提升相变材料的热导率和储热器件的传热速率是有效的解决途径。针对相变材料热导率强化研究进展有大量综述,而对于储热器件层面的传热强化的总结较少,本文回顾了近10年国内外在储热器及其传热强化研究方面的进展。为适应不同应用需求,不同类型的相变储热器应运而生,根据储热器的工作模式和结构可以分为管壳式、填充床式、板式、热管式4类,本文系统地介绍了4类储热器的工作原理、优缺点以及强化传热研究,主要比较了结构优化后的储热器与传统储热器的传热速率和储/放热性能,结果指出对储热器的内部结构进行改进及拓展外部结构等方法能有效增加储热容量和储/放热速率,对于提高系统相变储热能力具有积极作用,分析表明后续的研究应该明晰储热器内部多相耦合传热机制,增强储热器对动态工况适应能力,拓宽应用范围。     

TiO2改性的CaCO3热化学储热的反应性能

CaCO3/CaO热化学储热体系在清洁能源发电领域具有广阔的应用前景,有助于尽早实现碳达峰、碳中和.本文通过物理混合法制备了掺杂TiO2的CaCO3/CaO复合储热材料,系统研究了TiO2掺杂对CaCO3/CaO循环稳定性和储/放热过程中反应性能的影响.实验结果表明:在掺杂摩尔比为100:2.5(Ca:Ti)时,复合材...     

Ca(OH)2化学解吸固定TEA富液中的CO2

为探究TEA富液在投加Ca(OH)₂的化学解吸方式下的解吸性能,通过单因素法探究不同因素对TEA、TEA+MDEA和MDEA富液的解吸效果,再通过多次吸收-解吸实验对TEA富液的再生性能进行研究。结果表明：n(Ca)/n(C)、pH值等因素对TEA、TEA+MDEA和MDEA富液解吸效果均具有一定的影响,TEA富液的解吸效果最好,TEA+MDEA次之,MDEA最差;在n(Ca)/n(C)=1∶1、pH值为10、温度为20℃、CO₂负荷为0.4 mol/L、搅拌速率为800 r/min以及搅拌时间为10 min的条件下,TEA的解吸率可达82.85%;在5次吸收-解吸实验中TEA的解吸率均保持在80%左右,说明其在投加Ca(OH)₂的化学解吸方式下具有良好的解吸性能。     

硝酸盐/膨胀石墨储热材料的制备及热性能研究

为了得到膨胀石墨(EG)含量对NaNO₃-KNO₃/EG复合储热材料导热系数的影响,通过水溶液法,采用NaNO₃-KNO₃共晶盐作为储热材料,不同质量分数的EG作为基体材料,制备出NaNO₃-KNO₃/EG复合储热材料。分别用同步热分析仪(STA)和激光闪射仪(LFA)测量了材料的潜热和导热系数。结果表明,NaNO₃-KNO₃/EG复合材料的潜热随EG含量的增加而减小,导热系数相较于纯硝酸盐均有明显提升。添加20%的EG时,复合材料的平均导热系数可以达到3.95 W/(m·K),约为纯硝酸盐的7.4倍。将EG加入到二元硝酸盐中制备成复合储热材料是提高其传热性能的一种有前景的候选材料。     

FeSe_(2)-C三维导电复合材料的制备及其电化学性能北大核心CSCD

过渡金属硒化物因为具有更窄的带隙和线宽、更高的导电性、更大的层间距、更低的成本以及更高的理论容量等优势,在电极材料领域受到了广泛关注。本研究为着重解决FeSe_(2)电极材料可逆容量低和循环稳定性差等问题,设计了在FeSe_(2)阳极中掺杂膨胀石墨,形成由互相穿插、堆叠的膨胀石墨片组成的三维导电网络结构,以膨胀石墨为碳源,采用简单有效的溶剂热法制备出FeSe_(2)-C负极材料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附法等表征手段,对样品的晶体结构组成、微观结构形貌进行了解析。同时,采用了恒流充放电(GCPL)、循环伏安(CV)以及交流阻抗(EIS)等电化学测试方法,研究了膨胀石墨的掺杂对FeSe_(2)电化学性能的影响。结果表明,FeSe_(2)-C电极呈现出层级结构且储锂能力良好,具有优异的电化学性能和循环稳定性。在0.1 A/g的电流密度下首次放电比容量高达720.5 mAh/g,充电比容量512.3 mAh/g、首次库仑效率71.1%。在5 A/g的电流密度下经过1000次循环后容量仍有339.1 mAh/g,是纯FeSe_(2)电极材料经历相同次数循环后的8.5倍。利用膨胀石墨构筑三维导电网络的技术方法,可以有效改善FeSe_(2)的电化学性能。     

基于高密度复合相变储热材料电热锅炉的分时配比供热系统北大核心CSCD

本工作研究了基于高密度复合相变储热材料电热锅炉的分时配比供热系统,对高密度复合相变储热材料及其电热锅炉进行了描述。结合冬季供热的负荷系数随室外环境温度的变化规律,对分时配比供热系统蓄热设备进行了优化设计,提出了分时配比供热系统的优化原则。结合城市供热的示范工程,分时配比供热系统与全蓄热式供热系统比较,不仅能够节省锅炉房空间31%,节约初投资33%,与传统直热式电锅炉比较节省运行费用46%,同时减少了锅炉房的用电负荷,降低了电力增容压力。通过供热负荷分析说明了分时配比供热系统具备极寒天气的供热调峰能力和设备备用功能。     

多孔NiMoO_(4)/NiCo_(2)S_(4)复合材料的制备及其电化学性能北大核心CSCD

超级电容器因其功率密度高、充放电迅速、循环寿命长等优点被认为是一种极具发展前景的新型储能装置,其中电极材料的研究是超级电容器发展的关键,材料的微观结构很大程度上决定了材料的电化学性能。本工作采用水热法及热处理制备了NiMoO_(4)/NiCo_(2)S_(4)复合材料,并应用于超级电容器电极。对纳米复合材料的组成及微观结构通过X-射线衍射(XRD)、能量色散X-射线能谱仪(EDS)、X-射线光电子射线能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和氮气吸脱附法进行表征,结果表明复合材料具有多孔三维网状结构,其独特的结构减少了NiMoO_(4)的团聚,增加了材料比表面积,展现出更加优异的电化学性能:在1 A/g的电流密度下,比电容为847.2 F/g(高于NiMoO_(4)电极的576.1 F/g和NiCo_(2)S_(4)电极的734.3 F/g),即使在10 A/g的电流密度下仍保留466.7 F/g的比电容。当NiMoO_(4)/NiCo_(2)S_(4)复合材料作为正极、活性炭作为负极构成非对称超级电容器时,在1 A/g的电流密度下循环2000圈后,仍保留76%的比电容,具有良好的循环稳定性。本研究对NiMoO_(4)作为超级电容器电极材料的发展提供参考,为高比电容、高循环稳定性电极材料的研发提供实验依据。     

H_2O_2/Ca(OH)_2浆液同时脱硫脱硝的热力学研究

烟气同时脱硫脱硝技术是当前大气污染防治领域的研究热点,其中氧化剂液相吸收法极有可能率先实现产业化。利用化学热力学原理计算了H2O_2/Ca(OH)_2浆液同时脱硫脱硝的摩尔反应吉布斯函数、摩尔反应焓变、化学反应平衡常数以及化学反应达到平衡时的SO_2和NO的分压力。结果表明:利用H2O_2/Ca(OH)_2浆液同时脱硫脱硝是可行的,且几乎可以100%地脱除烟气中的SO_2和NO。     

高阻燃硫正极的制备及其性能北大核心CSCD

本工作系统研究了锂硫电池硫正极中添加不同含量的六氯环三磷腈对硫正极阻燃性能和电化学性能的影响。通过燃烧实验,发现六氯环三磷腈的加入可使硫正极表现出优异的阻燃性能。此外,通过借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)技术和电化学性能测试等手段,对比了添加和未添加六氯环三磷腈硫正极循环前后的表面形貌、组成成分和电化学性能。结果表明,当六氯环三磷腈添加量为10%时,硫正极表现出最优的循环性能和库仑效率。在0.2 C电流密度下,硫正极中添加量为10%六氯环三磷腈的锂硫电池在100次循环后放电比容量仍保持在975.2 mAh/g,明显优于硫正极中未添加六氯环三磷腈的锂硫电池。而且,添加六氯环三磷腈的硫正极材料分散均匀,即使循环100次后,也未出现明显的裂纹,阻抗也未明显增加。此外,通过六氯环三磷腈和多硫化锂的反应实验,发现六氯环三磷腈的存在有助于锚定充放电中间产物多硫化锂,进而抑制多硫化锂的穿梭,提升锂硫电池的电化学性能,这为提高阻燃锂硫正极材料的电化学性能提供了新的思路。     

过氧化氢水溶液增湿Ca(OH)_2脱硫脱硝的实验研究

在小型喷雾气流反应脱硫脱硝实验台上研究了过氧化氢水溶液浓度以及各种因素(Ca/S摩尔比、Ca/N摩尔比、喷水量)对脱硫、脱硝效率的影响。结果表明,采用过氧化氢水溶液增湿Ca(OH)_2脱硫时,其脱硫效率随着过氧化氢水溶液浓度的增加而有较大的提高,提高幅度达15%～20%。单独脱硝和同时脱硫脱硝实验表明,采用过氧化氢水溶液增湿Ca(OH)_2脱硫效率有明显的提高,而过氧化氢溶液增湿Ca(OH)_2脱硝的效果并不明显,脱硝效率为5%左右。     

一步水热法制备三维石墨烯/Fe_(3)O_(4)复合材料及其储锂性能北大核心CSCD

Fe_(3)O_(4)作为锂离子电池负极材料,在充放电时体积变化较大,导致其容量衰减严重。目前,碳包覆是解决这个问题的主要方式之一。本工作以氧化石墨烯(GO)和Fe^(2+)为原料,用一步水热法合成了三维石墨烯片包覆Fe_(3)O_(4)纳米颗粒3DG@Fe_(3)O_(4)复合材料。使用傅里叶红外光谱(FT-IR)仪、热重分析(TGA)仪、X射线衍射(XRD)仪、拉曼光谱(Raman)仪、扫描电子显微镜(SEM)对复合物进行表征,研究结果表明,复合材料呈现石墨烯(G)片包覆Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的三明治结构。同时采用了恒流充放电(GCPL)、循环伏安(CV)以及交流阻抗(EIS)等电化学测试方法,着重研究了Fe_(3)O_(4)含量对其电化学性能的影响,Fe_(3)O_(4)质量分数为83.2%的3DG@Fe_(3)O_(4)-2电极具有最高的比容量和循环性能,在0.1 A/g的电流密度下的首次放电比容量为1412.33 mAh/g,循环100次后的放电比容量为577 mAh/g,是纯Fe_(3)O_(4)电极材料经历100次循环后的6.5倍。一步水热合成方法具有操作简单、合成条件温和及无需额外添加还原剂等优点;制备的复合电极相比纯Fe_(3)O_(4)具有电极容量高、循环稳定性能好的优势,有助于推动Fe_(3)O_(4)基负极材料在电化学领域中的应用。     

利用莫来石陶瓷与AlSi_(12)合金制备相变储热材料的研究

以莫来石陶瓷和AlSi_(12)合金为原料,合成一种新型的相变储热材料。分析服役期间相变储热材料的物理化学性质,及其相组成、显微结构的变化规律,并探讨AlSi_(12)合金的氧化损坏对相变储热材料储热性能的影响。分析结果表明:经莫来石陶瓷封装的AlSi_(12)合金具有优良的抗氧化性,持续服役1 000 h后,AlSi_(12)合金的氧化增重率仅为3.75%;服役期间,AlSi_(12)合金中部分Al元素被氧化成Al_2O_3,导致了AlSi_(12)合金的相变温度范围变窄,储热量随之减小,从而影响了AlSi_(12)合金的储热性能;AlSi_(12)合金不会严重腐蚀莫来石陶瓷,也不会向莫来石陶瓷渗透,且部分Al_2O_3积聚在莫来石陶瓷表面,从而降低了AlSi_(12)合金在服役后期的氧化速度。研究结果为利用AlSi_(12)合金制备相变储热材料提供参考。