具有三维填料网络的导热绝缘复合材料研究进展

具有三维(3D)填料网络的复合材料导热性能优异,是解决电子器件散热问题的理想材料之一,被广泛应用于导热绝缘材料领域。本文阐述了近年来国内外关于3D导热绝缘高分子材料的重要研究进展,首先从3D填料架构的制备方式出发,介绍了制备3D导热绝缘复合材料的主流途径,包括模板法、泡沫法、3D打印法、复合颗粒法和聚合物框架法等,分析了不同构筑方法的成型机理,并对各制备方法的优缺点进行了归纳和总结;其次对关于3D导热网络的有限元模拟研究进行了总结,分析了目前常用的热传导模型;最后对制备具有3D网络结构的导热绝缘复合材料研究工作中面临的瓶颈和未来发展方向进行了阐述,主要包括3D填料网络的精细化和自由化的构建、3D填料架构与聚合物间界面热阻的处理、3D填料网络通用热传导模型的建立以及3D填料结构制备工艺的简化。以期为高导热绝缘复合材料的研发和应用提供方向和思路。     

酸处理钛毡对质子交换膜电解槽性能的影响

多孔传输层是质子交换膜电解水制氢系统中关系到气水的高效输运和电子有效导通的重要部件。该文采用盐酸和草酸对商用钛毡进行蚀刻处理,获得具有优异电化学性能的酸处理钛毡。对酸处理后钛毡的表面形貌及元素成分表征说明：酸处理能有效去除钛毡表面的氧化层,并且不会对钛毡本身的化学性质和孔隙结构产生影响。接触电阻与电化学测试显示：酸处理后的钛毡接触电阻得到有效降低,相同电流密度下采用草酸处理钛毡的电解槽低至1.8V,较未处理钛毡电压下降10%。同时,得益于酸处理后钛毡微观结构和湿润性的变化,相较于普通钛毡,酸处理钛毡能显著优化电解槽运行中的传质过程。结果表明：采用质量分数为10%的草酸溶液80℃处理20min的钛毡具有最小的极化损失,能有效提高电解槽的运行效率。     

热再生电池氨再生过程强化

利用低温热能的热再生过程是热再生电池（thermally regenerative battery,TRB）系统的重要组成之一,针对TRB的产电和热再生过程,研究了使用再生电解液的TRB产电性能以及温度和强化传热传质措施对热再生过程的影响。研究结果表明,产电过程中,使用再生电解液的TRB最大功率为5.7 mW,比初始电解液的TRB（最大功率为6.5 mW）低14%;热再生过程中,提高温度可以明显强化热再生过程,采用玻璃球床和搅拌措施也可以有效提高热再生过程的性能。     

热再生电池堆-二氧化碳电化学还原池系统耦合特性

为了减少工业烟气中余热与CO₂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（TRBCO₂RR）。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CO₂电化学还原（electrochemical reduction of CO₂,CO₂RR）。本文研究了CO₂电化学还原特性、非水系TRB电堆性能及非水系TRB-CO₂RR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CO₂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-CO₂RR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CO₂RR转化效率。     

碳毡负载Sn气体扩散电极CO2电化学还原性能

针对CO₂电化学还原中气体扩散电极可强化CO₂的传质,基于碳毡制备了负载锡-石墨烯催化层的新型气体扩散电极,研究了CO₂反应条件、电极厚度、催化剂载量及反应电位对CO₂电化学还原性能的影响。实验结果表明：与溶解态CO₂反应条件相比,采用气相CO₂反应条件电化学还原性能更好;一定范围内增加电极厚度和催化剂载量可以增加气-液-固三相反应界面,提升CO₂电化学还原性能;随着电解电位负移,甲酸产量增加,电流效率先增大后减小;实验中使用厚度为5 mm、载量为5 mg·cm^-2的电极,在-1.8 V（vs Ag/AgCl）条件下进行电化学还原时,平均电流密度为（12.79±1.27） mA·cm^-2,甲酸电流效率达到最佳为41.55%±2.50%。     

不同Cu2+浓度下热再生氨电池产电及Cu2+去除特性

热再生氨电池（thermally regenerative ammonia-based battery,TRAB）在废弃资源回收方面展现出独特优势和良好应用前景。通过构建TRAB来处理含Cu²⁺废液并回收电能和铜资源,实验中研究了不同Cu²⁺浓度对电池产电性能和废液Cu²⁺去除效果的影响。研究结果表明,当阴极废液Cu²⁺浓度低于0.2 mol/L时,随着Cu²⁺浓度的增加,电池最大输出功率不断增加,电池输出电压和产电周期不断增加,促使批次获得电量和能量密度也不断增加。同时采用TRAB技术去除废液中铜离子具有较高的去除效率,而且去除率随着废液中铜离子浓度的增加而增加。后续研究采用TRAB结合电凝法的两步处理法有望进一步提高处理效果,具有较好的经济性和应用前景。     

低温下DMFC性能特性及传热传质分析

对自制有效面积为4.41cm2的直接甲醇燃料电池进行了低温(5℃)运行条件下的性能测试及分析,并着重研究了甲醇浓度,甲醇溶液流速和氧气流速等运行参数对电池性能的影响。实验结果表明,电池性能随运行温度的下降而降低。在较低运行温度下,运行参数对电池性能的影响有别于常温及以上温度条件下的规律。在运行温度为5℃时,高浓度和低流速甲醇溶液可获得较高的比功率;在本实验范围内,电池性能在氧气流速为100mL/min时达到最佳。     

带有蛇形流场的微生物燃料电池阳极传质研究

构造并成功启动了带有蛇形流场的微生物燃料电池(SMFC),测试了SMFC性能,探讨了高电流下电池性能下降的原因,研究了底物流速、浓度和流场结构形式对电池性能的影响。实验结果表明:SMFC在大电流时发生电压急剧下降现象,这主要是由于阳极物质传输受限所致;SMFC最大功率密度随着阳极底物流速和浓度的增加而增加;交指流场结构有助于底物传输,因此在相同的底物流速和浓度下,具有交指流场阳极的微生物燃料电池(IMFC)最大功率密度得以提高。     

铝富马酸金属有机骨架成型颗粒CO2动态吸附特性

燃烧后CO₂捕集技术能够有效减少CO₂排放,可缓解温室效应带来的一系列问题。铝富马酸作为一种金属有机骨架材料,因具有丰富的孔道结构且可大规模生产而备受关注。为了探索铝富马酸颗粒的CO₂吸附特性,首先在粉末中添加羧甲基纤维素钠黏结剂制备圆柱形颗粒,通过扫描电子显微镜、比表面积及孔隙分析仪和傅里叶红外变换光谱仪对表面形貌、多孔结构和物质组成进行表征,发现铝富马酸颗粒具有发达的孔隙结构和多个明显的光谱吸收峰,比表面积和微孔容积分别为726.06 m²/g和0.33 cm³/g,成功合成铝富马酸颗粒。然后在固定床吸附系统中研究气体流量、吸附温度、CO₂浓度、水蒸气含量对CO₂动态吸附性能和循环稳定性的影响,结果表明：气体流量增加可以加快CO₂的传输速率,缩短气体在吸附床中的穿透时间。吸附温度升高虽然有利于加快CO₂的吸附速率,但会导致吸附量降低。不同CO₂浓度下的穿透时间几乎相...     

微型直接甲醇燃料电池阳极传质分析

针对微型直接甲醇燃料电池,将阳极流场板简化为规则结构的多孔介质,运用多孔介质理论建立了包括流场板在内的阳极传输模型。模型考虑了阳极流道内液体饱和度沿流动方向的变化、催化层的厚度以及甲醇渗透,计算并讨论了阳极流道内液体饱和度的分布和流量对电池电流密度的影响,分析了阳极过电位对甲醇浓度分布和电池性能的影响以及质子交换膜内的传质特性。