采用阴/阳极通流的热再生氨电池性能

构建采用阴/阳极通流的穿透电极型热再生氨电池(Thermally Regenerative Ammonia-based Battery,TRAB),并研究了电解液/氨流量比、氨浓度、电极孔隙和支持电解质浓度对电池性能的影响.结果 表明,电解液/氨流量比过低会导致氨渗透,恶化阴极性能,进而降低电池性能;通过增大流量比,可加强传质提升电池功率.一定流量比下,随氨浓度增加,电池性能逐渐提升,但过高浓度会引起氨渗透,恶化电池性能.电极孔隙密度越大,电极反应表面积越大,电池性能提升.随硫酸铵浓度增大,电解质电导率不断增大,电池性能逐渐提升,在高浓度(＞2 mol.L-1)下,浓度增大对电池性能提升不明显.     

全钒液流电池新型交错蛇型流道研究

本文在传统全钒液流电池交叉型流道和蛇型流道的基础上提出了新型交错蛇型流道。基于全钒液流电池三维瞬态模型模拟结果,总结了新型交错蛇型流道与传统蛇型流道和交叉型流道对电解液渗入量、电解液在电极中分布的均匀性以及泵损失等参数的影响规律。研究结果表明,交错蛇型流道的设计在确保电解液全部渗入和一次性渗入渗出电极的同时也在电极中具有较大的当地速度和反应离子浓度,这些优势使交错蛇型流道的电池性能优于传统交叉型和传统蛇型流道电池。     

阳极传质对三合一微生物燃料电池性能的影响

物质传输是影响MFC性能的一个重要因素。本文构建三合一膜电极式微生物燃料电池(MFC),研究了阳极传质形式对MFC启动特性、阳极生物膜电化学活性和性能的影响。结果表明,与阳极采用大腔室结构的MFC-1相比,阳极采用蛇形流道的MFC-2由于在启动过程中阳极电解液传质较佳,不但启动较快而且输出电压更高。启动完成后,MFC-2阳极生物膜电化学活性较高,采取不同扫描速度的循环伏安扫描测试证明了这主要是由于蛇形流道较佳的传质所致。启动过程和产电过程中较佳的传质导致MFC-2最大功率密度(2676.2 mW·m~(-2))比MFC-1最大功率密度(2149.0 mW·m~(-2))约高24.5%。     

质子交换膜燃料电池阴极气场设计优化

通过建立质子交换膜燃料电池阴极气场的三维简化模型,研究了不同进气方式、不同进出气总管尺寸对电池堆流量分布的影响,并提出从单电池流道深度的角度优化气场分布的改进方案。结果表明,与单入口进气方式相比,双入口进气方式效果更优;采用2-2型进气方案时流量分布最为均匀,进气功耗最小;增大进气总管的宽度可以使电堆流量分布更加均匀;各单电池合理采用非均匀深度流道可以有效提高电池堆流量分布均匀性。     

基于电化学-热耦合模型研究隔膜孔隙结构对锂离子电池性能的影响机制

隔膜孔隙结构对锂离子电池性能具有重要的影响,本文提出了可准确描述充放电过程中锂离子电池内部复杂物理化学现象的电化学-热耦合模型,发现该模型较文献中模型的计算结果更接近实验测试数据.利用该模型探讨了隔膜孔隙率与扭曲率分别对锂离子电池性能的影响规律,发现减小孔隙率或增大扭曲率,电池输出电压、最大放电容量和平均输出功率均不断降低,电池表面温度和温升速度均不断升高;当孔隙率减小或扭曲率增大到一定程度时,放电初期电池输出电压均会出现先下降后回升的现象,且孔隙率越小或扭曲率越大,其下降的幅度越大、速度越快,回升所需时间也越长;要确保其不低于截止电压,隔膜扭曲率必须小于临界扭曲率(其下降至最低点刚好等于截止电压时的隔膜扭曲率).综合分析了放电过程中电池内部各电化学参量和产热量的动态分布规律,发现隔膜孔隙率和扭曲率主要影响放电末期电极膜片内部电化学反应以及其他放电时刻电解液中有效Li~+扩散(传导)系数.     

基于梯度翅片换热器的热电发电系统性能研究

本文建立了热电发电系统(TEG)多物理场数值模型,并充分考虑换热器流体影响,综合研究了具有不同热侧换热器翅片结构的TEG系统性能。在雷诺数为1000~10000范围内,分析了流体沿程温度分布特征、泵功及热电发电模块的能量转换特性.所研究的三种翅片结构包括:全流道等高度直翅片(Fin-1)、下游强化梯度翅片(Fin-2)以及上游强化梯度翅片(Fin-3).研究表明,通道长高比及热电材料覆盖率一定,热电发电功率及转换效率随流量呈二次曲线变化关系,存在最匹配流量使得系统发电性能最佳。等高度直翅片对流量的变化敏感,随流量增大,则压损增大,导致系统净输出功率及发电效率无收益.而梯度翅片可以在更大范围内产生正收益;下游强化梯度翅片具有最佳的流体沿程温度均匀性,但沿程局部热阻却最大.综合考虑沿程局部热阻分布及泵功消耗,上游强化梯度翅片TEG系统净转换效率最高,因此局部热阻分布及泵功综合因素应为TEG内的换热器合理设计的关键。     

LiCoO_2电池正极微结构模拟退火重构及传输物性预测

采用实验或数值方法对多孔复合电极微结构进行重构和特征化不仅是锂离子电池介观尺度数值模型的重要组成部分,也是通过数值技术由底向上进行电极微结构虚拟设计与优化的基础.本文以某商用LiCoO2电池正极的孔隙率、电极组成材料的组分体积分数、活性材料颗粒粒径分布、相关函数等重要结构与统计信息作为输入参数,采用模拟退火法对其微结构进行了数值重建,得到了明确区分活性材料、固体添加物以及孔相(电解液)的微结构,其重要特性参数与实际电极一致.对重构电极的特征化分析,得到了电极内部各组分的连通性、孔径分布等特征信息.同时,采用D3Q15格子Boltzmann模型计算了重构电极的有效热导率以及电解液(或固相)的有效传输系数.与随机行走模拟或Bruggemann等经验公式相比,基于实际电极微结构细节信息的介观数值方法对多孔电极有效传输系数的预测更为准确可靠.     

自呼吸式碱性直接葡萄糖燃料电池研究

本文设计了基于无Pt电极的自呼吸式阴离子交换膜(AEM)直接葡萄糖燃料电池(DGFC),并对其性能进行了实验研究。结果表明,在室温下,自呼吸式AEM-DGFC的最大功率密度达到20.8 mW·cm~(-2),最大电流密度为156mA·cm~(-2),优于以葡萄糖为反应物的传统的微生物燃料电池和酸性直接葡萄糖燃料电池(PEM-DGFC)。实验还探究了葡萄糖浓度以及KOH浓度对于自呼吸式直接葡萄糖燃料电池性能的影响,葡萄糖浓度的升高一方面会降低传质极化,另一方面会阻碍OH~-的传输,增大电池的内阻。0.7 M浓度的葡萄糖使燃料电池性能达到最优最优。KOH浓度从2M升高到4M时,使得阳极的GOR速率加快,电池性能进一步提升。     

三维顺排阳极自呼吸微流体燃料电池性能特性

自呼吸微流体燃料电池是很有前景的新型微型电源,目前其性能的主要限制因素是阳极燃料传质。本文构建了具有三维顺排阳极的自呼吸微流体燃料电池,利用圆柱形阳极在流道中容积式的分布增大反应面积,强化燃料传输。本文研究了燃料浓度和反应物流量对电池性能的影响,并对流道中的两相流动进行了可视化观察。实验结果表明:随燃料浓度或反应物流量的增加,电池性能先升高后降低;产生的CO_2气泡能够被限制在阳极电极和隔离棒中,减小了其对阴极侧电解液流动的扰动;气泡会在隔离棒之间聚并形成气膜,气膜周期性形成和排出的动态行为对电池的放电性能具有较大影响。     

地下工程组合式空调机组性能仿真研究

针对地下工程热湿环境与地面不同,导致使用过程中组合式空调机组性能存在差异的现状,建立了直接蒸发式组合式空调机组各部件的模型及机组的整体仿真模型,运用Matlab,对某地下工程夏季和冬季工况进行运行仿真。结果表明,夏季运行风量一定时,随进风干球温度的升高,单位输入功率除湿量(SMER)先增大(幅度约20%)后减小,且在24℃时达到最大,随冷却水流量和进风相对湿度的变大逐渐增大但增速越来越小,随冷却水温度的降低逐渐增大且近似呈线性;输入功率随进风干球温度的升高缓慢增大,随冷却水流量的变大逐渐减小但减速越来越小,随进风相对湿度的增加逐渐增大且增速逐渐变大,随冷却水温度的升高逐渐增大且近似呈线性。冬季运行时,加热加湿效果主要取决于加热器功率和加湿器湿蒸汽质量流量。     

锂电池液冷结构设计与仿真分析

锂离子电池近年来被广泛应用于电动汽车之中,其对温度具有很高的灵敏度,温度过高会使得电池组电化学性能严重下降。采用双进双出的微通道液冷板换热器对电池进行热管理,为了优化液冷板的冷却性能分析了入口Re数、冷却液温度、流道宽度和流道进出口位置对电池组热性能的影响。结果表明,在单体电池以3C电流倍率放电时该结构能够有效地将电池组温差控制在5℃以内。增大入口Re数、流道宽度对电池组温度变化影响较小;改变流道宽度与进出口位置能够有效改善电池组的温度均匀性。     

直接甲醇燃料电池热传递数值模拟

本文建立了二维两相非等温的直接甲醇燃料电池(DMFC)模型,综合考虑了DMFC中的电化学反应、热传递、组分传递和甲醇串流。计算了电池内的温度分布、不同电流密度下的膜电极内部最大温差和膜电极平均温度;在此基础上研究了环境和甲醇进口浓度对电池性能、膜电极内平均温度和最大温差的影响。结果表明:膜电极内阴极的温度高于阳极;甲醇进口浓度的上升导致膜电极内平均温度和最大温差上升;环境对电池性能的影响很小。     

PEMFC阴极流道中阻块高度的敏度分析与优化

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)的阴极流道中安装阻块可以强化氧气传输,提升电池性能,但不同位置的阻块高度对电池性能的影响程度不同。本文建立了一个三维、两相、稳态的PEMFC数值模型,对阴极流道安装有阻块的PEMFC进行了数值模拟,并结合全因子设计法研究了不同位置的阻块高度对电池性能的影响程度。此外,基于敏度分析结果,采用遗传算法对阻块高度进行了优化。结果表明:越靠近出口位置的阻块,其高度变化对低电压下的电池功率的影响程度越大。增加靠近出口位置的阻块高度可以促进催化层反应物的均匀分布,提高催化剂的利用率,最大程度地提升电池性能。当组块高度H1和高度增量ΔH分别为0.9537 mm和0.009 mm时,PEMFC性能最佳,与未安装阻块相比,电池最大净功率提高了18.45%。     

流体直接冷却薄板条介质温度及应力的解析表达

基于对流传热和热传导原理, 建立了流体直接冷却均匀抽运薄板条激光工作介质的热效应分析模型, 采用平面应力近似和最小功原理, 得到了板条工作介质内部温度分布和应力分布的解析表达式. 研究了不同流道厚度时对流热交换系数和冷却液温升与流体流速的关系, 分析了流道厚度对工作介质的温度分布和应力分布的影响规律, 讨论了之字形和直通光路时, 热致波前畸变随产热功率的变化趋势. 结果表明: 层流和湍流时, 较厚的流道可以实现更好的热管理效率; 增益介质中的热分布关于中心平面对称, 纵向最大温升出现在出水口端, 最大应力畸变集中在板条两端及其侧边; 流道厚度较大时, 工作介质更易形成一维的温度梯度, 产生的应力更小; 之字形光路可以明显缓解热光效应导致的波前畸变.     

电极活性材料精细结构与MH-Ni电池性能关系研究的一些进展

为了更深入地研究正负极活性材料精细结构与MH-Ni电池性能之间的关系,本文在介绍了简单而较适用的处理X射线衍射数据的方法之后,系统综述了电池活化前后、循环过程中正负极活性物质结构和微结构与电池性能之间关系研究的一些进展。主要包括:(1)具有适当晶粒大小和较大层错几率的β-Ni(OH)2物质,能获得较大的充放电容量;(2)没有观测到MH/Ni电池在充放电过程中有β-Ni(OH)2β-NiOOH的相变,只有满充和过充电时才发生部份β-Ni(OH)2γ-NiOOH的相变;MH/Ni电池的物理导电机制是在正负极活性物质中嵌入和脱嵌的氢离子形成固相质子在电极间定向运动。(3)循环性能的衰减、内阻、容量的变化与正负极活性物质的微结构变化有良好对应关系。微结构变化消耗电解液,并改变电解液的性能。正极、负极和电解液三者的共同作用是循环性能衰减的主导原因。(4)正极添加剂与电池性能之间的关系。由于正极添加剂Lu2O3和CaF2能抑制正极活性物质的微晶细化、减缓总的层错几率降低,对于储氢合金能抑制晶粒增大,特别能抑制A(OH)3和B的析出,故能提高了电池的循环性能和寿命。(5)电池储存前后的容量衰减和内阻增加是其在储存过程中CoOOH析出和晶粒细化双重作用的结果。     

电极活性材料精细结构与MH-Ni电池性能关系研究的一些进展

为了更深入地研究正负极活性材料精细结构与MH-Ni电池性能之间的关系,本文在介绍了简单而较适用的处理X射线衍射数据的方法之后,系统综述了电池活化前后、循环过程中正负极活性物质结构和微结构与电池性能之间关系研究的一些进展.主要包括:(1)具有适当晶粒大小和较大层错几率的βNi(OH)2物质,能获得较大的充放电容量;(2)没有观测到MH/Ni电池在充放电过程中有β-Ni(OH)2 β-NiOOH的相变,只有满充和过充电时才发生部份β-Ni(OH)2 γNiOOH的相变;MH/Ni电池的物理导电机制是在正负极活性物质中嵌入和脱嵌的氢离子形成固相质子在电极间定向运动.(3)循环性能的衰减、内阻、容量的变化与正负极活性物质的微结构变化有良好对应关系.微结构变化消耗电解液,并改变电解液的性能.正极、负极和电解液三者的共同作用是循环性能衰减的主导原因.(4)正极添加剂与电池性能之间的关系.由于正极添加剂Lu2O3和CaF2能抑制正极活性物质的微晶细化、减缓总的层错几率降低,对于储氢合金能抑制品粒增大,特别能抑制A(0H)3和B的析出,故能提高了电池的循环性能和寿命.(5)电池储存前后的容量衰减和内阻增加是其在储存过程中CoOOH析出和晶粒细化双重作用的结果.     

三结太阳电池在非均匀光照下光斑强度和覆盖比率的优化研究

高倍聚光光伏组件通常采用光电转化效率较高的三结太阳电池.由于聚光器件的非理想性,电池承受的光照分布通常是高度非均匀的,在光伏组件中可通过适当增大光斑与电池面积的比率来降低光照非均匀性对电池电学性能的影响.通过对某一特定三结电池进行电路网络建模计算,分析光斑的强度分布和照射面积对电池的影响,并对比了四种设计方案(均匀光照、非均匀光照、电池效率最大、组件效率最大)下的光斑强度、光斑大小、电池效率以及电池温度分布.对比分析结果表明,组件达到效率最大时的电池效率并不是电池在标准测试条件下的最大效率,而使电池工作在效率最大值的设计方案中组件效率最低.组件效率最大方案中使用的聚光器透镜面积较小,因此该方案将导致组件成本增大.电池效率最大方案中使用的聚光器透镜面积较大并且电池温度最低,故该方案组件成本较低且可靠性较高.这表明在实际组件设计中应充分考虑对发电量的实际需求,选择合适的几何聚光倍数和光斑覆盖电池的比率.     

数值模拟抽运分布对端泵激光器晶体热透镜球差的影响

为了研究端面抽运情况下,激光晶体在不同分布的抽运光抽运时热透镜球差的变化,通过对稳态热传导方程和Zernike多项式的求解,建立了热透镜球差与抽运光强度分布的模型,对模型进行了理论分析和仿真研究,并对仿真结果做了进一步理论和仿真分析.结果表明:在相同的抽运功率下,二阶超高斯分布抽运光抽运时球差最大,且随着抽运分布系数k的增大(除高斯分布外)球差逐渐减小;随着抽运功率的增加,抽运分布系数k对球差的影响逐渐加重,且不同分布系数k所产生的球差差距逐渐增大;并对二阶超高斯分布抽运光抽运得到最强激光功率的照射范围进行了理论分析和仿真分析,得知在相同抽运功率下,二阶超高斯分布抽运光得到最强激光功率的范围最宽为0.30—0.63倍高斯半径.     

PEM燃料电池毛细压力流道拓展模型

多孔电极与流道内的水淹现象是制约质子交换膜(PEM)燃料电池性能提高的关键难题.传统的宏观两相模型普遍存在液态水饱和度预测值偏低的不足,而流道内气液两相雾状流的假设则是低估水淹程度的一个主要原因.本文提出了反映流道壁面浸润差异性的毛细压力流道拓展模型,并对低气速下燃料电池内的传热传质进行了模拟.计算结果表明,该模型克服...     

离心泵导叶流道进口处压力脉动研究

为研究离心泵导叶流道进口处压力脉动的分布及传播规律,深入探究导叶式离心泵内动静干涉作用机理。试验采集某核级离心泵相邻两个导叶流道进口处压力脉动信号,并对其进行分析。结果表明:模态节径模式分析方法可以用来分析预测压力脉动主要特征频率成分,导叶流道进口处压力脉动主要为叶片通过频率及其倍频,并以此形式沿叶轮旋转方向向下传播。相同导叶流道进口处流体流动具有不均匀性,各测点压力脉动主要特征频率及最大幅值对应频率不同。压力脉动在叶片通过频率及其倍频处相关性强,随着流量增大至设计工况,压力脉动能量逐渐集中到叶片通过频率及其倍频处。研究可为降低泵内压力脉动提供一定参考。