固体氧化物直接碳燃料电池的模型计算

直接碳燃料电池(DCFC)是直接以碳或煤为燃料的燃料电池.本文以一种以固体氧化物为电解质的固定床直接碳燃料电池为对象,基于文献中的实验数据,建立了物理模型和数学方程,求解出电池在三个特定温度下的V-I曲线以及能量转换效率,并与文献中的实验结果进行对照,验证了对固定床直接碳燃料电池的反应过程的假设,分析了电池性能的影响因素,为直接碳燃料电池的应用打下了理论基础.     

高温固体氧化物燃料电池实验演示

介绍一种高效低污染的新型能源－高温固体氧化物燃料电池的工作原理及其演示实验装置。     

固体氧化物燃料电池模式阳极内传输与电化学反应耦合机理

模式电极因其结构可控、电化学/化学反应活性位和物质传输路径明确等优势,被广泛应用于固体氧化物燃料电池新型电极研究.现有研究多采用模式电极研究新材料电化学特性、表界面催化反应机理等,尚未涉及几何结构对其内部传输与电化学反应耦合机理的影响,限制了模式电极的应用.本文建立了固体氧化物燃料电池阳极内电荷传输与电化学反应过程的格子玻尔兹曼模拟方法,明确了控制电极过程的关键无量纲参数及其对电极性能的影响规律,研究了模式阳极几何结构的影响机理.根据电极性能对无量纲参数的敏感程度,绘制了指导模式阳极设计与运行的相图,指出相图过渡区(电极性能随操作参数显著变化区域)为进行反应机理研究的最佳操作参数取值范围.同时,研究发现模式阳极电子导体内电子的快速迁移虽不限制阳极性能,其几何结构显著影响过渡区范围;离子导体内离子迁移为影响阳极性能的限速步骤,但其几何结构几乎不影响过渡区范围.本文的数值方法与机理研究结果可为固体氧化物燃料电池模式电极的设计提供重要理论依据.     

平板式固体氧化物燃料电池多物理场耦合建模

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)在高温下工作,影响电池性能和结构完整性的因素众多,如何能够综合考虑这些因素并准确地预测和优化电池结构与工作性能是亟待解决的问题。使用COMSOL软件建立了单个平板式固体氧化物燃料电池多场耦合有限元三维模型,考虑电化学反应、物质浓度、流体流动、传热和固体力学多物理因素共同作用下,探明了电池在工作阶段的气体摩尔分数、电流密度、温度和热应力的分布规律。结果表明,氢气和氧气的摩尔分数随着气体流动的方向逐渐降低;在电池空气入口处,电解质电流密度较大;电池温度分布不均匀并产生了较大的热应力。本文建立的SOFC多场耦合模型可为后续SOFC的研究提供分析方法和理论支持。     

采用化学链式燃烧器的固体氧化物燃料电池发电系统优化

化学链式燃烧器和固体氧化物燃料电池相结合的发电系统是一种新型联合循环。本文通过对包含更多可能结构的改进流程进行系统参数和流程同步优化,达到进一步提高循环性能的目的。     

平板式阳极支撑SOFC多场耦合数值模拟

建立了平板式固体氧化物燃料电池多场耦合数学模型,利用商业CFD软件FLUENT对包括阳极和阴极多孔介质、致密固体氧化物电解质、燃料流道、氧化剂流道、电流收集双极板、外壳的单电池三维整体计算区域进行了数值模拟,得到了流场、温度场、组分浓度场、电流密度场、Nernst电动势、活化过电势和欧姆过电势等重要物理量的详细分布,并分析了影响电池性能的主要因素。模拟结果与SOFC研制单位提供的实验数据基本符合。     

固体氧化物燃料电池体系掺杂氧化锆的理论研究:从结构到导电性（英文）

固体氧化物燃料电池是一种将化学能(如H_2和O_2)转化为电能的清洁能源系统,它具有高效、低碳以及燃料适应性广的特点.作为燃料电池的"心脏",电解质决定了整个电池的性能,其中掺杂氧化锆是最为典型的燃料电池电解质材料.氧化钇稳定氧化锆在高温下具有优良的离子电导率,广泛应用在固体燃料电池中.电解质材料的组成和使用温度对电导率的影响在实验和理论上已得到了充分研究.复合氧化物的原子结构的表征是阐明其导电行为的关键,本文综述了氧化钇稳定氧化锆电解质的结构和导电性研究的最新理论进展,比较了研究该材料所采用的不同的理论方法及其相应结果,并总结了各种方法的优缺点.重点介绍了利用随机表面行走-神经网络方法取得的最新成果,这些成果和实验结果相吻合.结果表明,采用机器学习进行原子模拟为理解固体电解质中遇到的复杂物质现象提供了一种经济、高效和准确的方法.     

燃料电池概述

燃料电池在固定与分散电站、交通运输、移动电源等方面广阔的应用前景现已受到许多研究单位和公司的广泛关注，文章简要介绍了几种主要类型燃料电池(碱性燃料电池alkaline fuel cell，AFC)、磷酸燃料电池(phosphoric acid fuel cell，PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell，MCFC)、固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，SOFC)、质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)、直接醇类燃料电池(direct alcohol fuel cell，DAFC)的特点、研究状况、市场需求和技术挑战，初步探讨了我国燃料电池研究开发的前景。     

固体氧化物燃料电池体系掺杂氧化锆的理论研究：从结构到导电性

固体氧化物燃料电池是一种将化学能(如H₂和O₂)转化为电能的清洁能源系统,它具有高效、低碳以及燃料适应性广的特点. 作为燃料电池的“心脏”,电解质决定了整个电池的性能,其中掺杂氧化锆是最为典型的燃料电池电解质材料. 氧化钇稳定氧化锆在高温下具有优良的离子电导率,广泛应用在固体燃料电池中. 电解质材料的组成和使用温度对电导率的影响在实验和理论上已得到了充分研究. 复合氧化物的原子结构的表征是阐明其导电行为的关键,本文综述了氧化钇稳定氧化锆电解质的结构和导电性研究的最新理论进展,比较了研究该材料所采用的不同的理论方法及其相应结果,并总结了各种方法的优缺点. 重点介绍了利用随机表面行走-神经网络方法取得的最新成果,这些成果和实验结果相吻合. 结果表明,采用机器学习进行原子模拟为理解固体电解质中遇到的复杂物质现象提供了一种经济、高效和准确的方法.     

CeO2基固体电解质材料研究进展

用稀土或碱土氧化物掺杂的Ce02在较低的温度下(600-800℃)具有较高的氧离子电导率,是用作中低温固体氧化物燃料电池(SOFC)最合适的电解质材料之一。本文综述了近年来对以掺杂的CeO2作电解质的SOFC的性能的研究现状,分析了单掺杂和双掺杂两类情况,并对掺杂时应注意的问题进行了讨论。     

基于紫外吸收光谱的癌细胞模型研究

细胞周期是生命起源最基本也最重要的过程,是细胞全部生理过程的综合体现,文章从紫外吸收光谱随其细胞周期的变化入手,以一种简单且能准确反映癌细胞的生长变化过程的方式建模。通过人工诱导细胞同步化方法对子宫颈癌细胞进行处理,获取了处于G1期、S期、G2期和M期的同步化细胞样品,通过测量这些样品的紫外-可见光光谱,对不同周期细胞紫外-可见光光谱的吸光度随细胞周期中芳香族氨基酸、蛋白质及核酸等物质的变化规律进行了分析。根据细胞周期中不同阶段样品对应紫外-可见光光谱在204和260 nm处的吸光度和时间点的关系,利用分段线性回归法建立了子宫颈癌细胞紫外吸收光谱模型。可对细胞周期进行判断,为对细胞周期进行分析研究提供了新的依据,也为细胞建模提供了新思路。     

肝、肝癌及肝纤维细胞的荧光光谱及其荧光饱和强度分析

对肝细胞及肝病变细胞进行荧光光谱特性研究,能为早期筛查与攻克肝癌提供光谱学依据。实验目的包括,通过光谱实验获得细胞特异性荧光光谱;结合流式细胞仪获得最大饱和荧光强度与细胞直径的相关性。实验过程,首先使用荧光光谱仪来检测肝细胞、肝纤维细胞以及两种肝癌细胞;采用去拉曼散射的方法消除背景噪声,获得五种浓度下细胞荧光光谱;其次,使用流式细胞仪检测四种细胞直径的大小,根据双参数散点图分析四种细胞的直径特点;最后,利用高斯多峰拟合对比光谱差异,并且分析细胞直径对荧光饱和强度变化趋势的影响,得出细胞大小对荧光饱和强度非线性拟合曲线的影响规律。光谱实验发现,在550~750 nm之间,肝细胞存在两个特异性荧光峰,第一个峰值位于592 nm处,第二个峰位于682 nm处,且前者明显高于后者;肝癌,肝纤维细胞除具备与肝细胞相同位置的两个峰外,在726 nm处出现第三个特异性荧光峰,并在592 nm处获得最大激发光强,在726 nm处的荧光峰高于在682 nm处的第二个荧光峰;结合高斯多峰拟合法对峰值和各峰位置,以及峰型展宽进行分析。肝癌细胞和肝纤维细胞三个峰的展宽基本相同,正常肝细胞最大激发峰展宽略小于另三种细胞,但是682 nm处的小峰展宽略大于病变细胞;流式细胞仪实验结果显示,肝癌细胞直径大于肝纤维细胞大于肝细胞,同种浓度下荧光强度也是肝癌细胞高于肝纤维细胞高于肝细胞;利用非线性曲线拟合细胞最大荧光强度随浓度变化曲线,根据曲线斜率的变化规律,发现四种细胞的最大荧光强度会随着细胞浓度增大而增强,但是逐渐呈现荧光饱和状态。随着细胞直径增加,最大荧光强度饱和趋势更为明显,单个细胞自激发效率降低。结果显示,将细胞形态学与光谱学有机的融合,结合两种分析方式,能提高细胞判断的准确性和有效性。通过对肝细胞、肝癌细胞以及肝纤维细胞的荧光光谱特性进行研究,并结合细胞直径分析荧光饱和变化趋势,能够为肝病变细胞的研究提供一定的光谱学依据。     

GaInP2/GaAs/Ge叠层太阳电池材料的低压MOCVD外延生长

本文采用自制的LP-MOCVD设备,外延生长出GaInP₂/GaAs/Ge叠层太阳电池结构片,对电池材料进行了X射线衍射测试分析.另外,采用二次离子质谱仪测试了电池结构的剖面曲线.用此材料做出的叠层太阳电池,AMO条件下光电转换效率η=13.6%,开路电压V_oc=2230mV,短路电流密度J_sc=12.6mA/cm².     

芯片式流通池顺序注射可更新表面反射光谱分析系统的研究

本文提出一种用于流动注射或顺序注射分析进样可更新表面反射光谱法检测的芯片式流通池 ,并将此流通池与顺序注射系统及检测系统相匹配。流通池采用三层组合结构 ,流通池通道刻在中间层的硅橡胶膜上 ,多孔滤层横嵌于硅橡胶膜上的通道处以实现对微珠的截留。流通池检测窗口面积约为 3 6mm2 ,填充微珠体积 2 2 μL ,微珠层厚度 6 0 0 μm。与流通池相接的多股双岔光纤分别与光源、检测器相耦合 ,以实现对微珠表面的反射光谱检测。工作中采用Cr(Ⅵ )与固定在PolysorbC 18微珠表面的DPC的显色反应做为模型系统对流通池和仪器系统进行优化。微珠表面反射光谱在 5 40nm处检测 ,Cr(Ⅵ )采样量 10 0 μL ,载流流速为 1 0mL·min- 1 时 ,线性范围为 0～ 0 6 μg·mL- 1 Cr(Ⅵ ) ,检测限为 6ng·mL- 1 ,分析精度RSD(n =11)为1 5 % ,进样频率 6 4样·h- 1 。文中讨论了分析体系的设计思路 ,微珠层厚度、微珠注入量、载流流速、采样量等因素对检测的影响     

温度对直接甲醇燃料电池动态性能的影响

利用可计算机控制的电子负载单元,本文实验研究了电池温度对液态进料直接甲醇燃料电池单体电池的稳态和动态性能的影响,并考察了该电池对电池温度变化的动态响应。实验结果表明:电池稳态性能随着电池温度的升高而提升,电池对动态负载的响应随着电池的温度的升高而变得更快和更稳定,升温过程中电池对电池温度变化的响应值要高于降温过程中对应的响应值。     

用激光拉曼光谱区分胃癌变细胞与正常细胞

利用激光拉曼光谱对胃癌细胞及正常胃细胞进行了对比检测,对胃癌细胞特征拉曼峰作了初步探讨,发现胃癌患者标本的特征拉曼峰与非胃癌患者标本的光谱有明显的不同。实验发现,浓度为每mL 1.25×105个胃癌细胞的样品在经过若干天培养后均能够被检测出胃癌细胞的特征拉曼峰,分别位于特定波长583,633,656 nm处。这是几个很少见诸报道的新拉曼光谱峰。不论是特征拉 曼峰,还是在胃癌细胞及正常胃细胞的几个共有的拉曼峰674, 707, 773, 799 nm处,拉曼光谱强度都是随血清中癌细胞浓度的增加而增加。激光拉曼光谱分析有可能发展成为一种快速有效的癌细胞检测方 法。     

Open Raman Cell to Avoid Window Damage

１　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＳｔｉｍｕｌａｔｉｏｎＲａｍａｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（ＳＲＳ）ｉｎｇａｓｅｓｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓ,ｓｕｃｈａｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ［１］,ｂｅａｍｃｌｅａｎｕｐ［２］ａｎｄｐｕｌｓｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ［３］．ＩｎａｈｉｇｈｐｏｗｅｒＳＲＳｓｙｓｔｅｍ,ｔｈｅｗｉｎｄｏｗｓｏｆｔｈｅＲａｍａｎｃｅｌｌａｒｅｕｓｕａｌｌｙｄａｍａｇｅｄｂｙｈｉｇｈｉｎｔｅｎｓｉｔｙｐｕｍｐｉｎｇｂｅａｍｓ［４］．Ｉｎｇｅｎｅｒａｌ,ｔｈ…     

Open Raman Cell to Avoid Window Damage

An open Raman cell was designed to avoid the window damage in high power Raman amplifiers. The conversion efficiency and the beam quality of the Stokes pulse were measured as a function of time when Raman gases flowed out from the Raman cell. The effects of Raman gas density and diameter of Raman cell on the specification were also discussed. The results showed that this open Raman cell was useful for high power Raman system.     

Spectral Representation Theory for Dielectric Behavior of Nonspherical Cell Suspensions

Recent experiments revealed that the dielectric dispersion spectrum of fission yeast cells in a suspension was mainly composed of two sub-dispersions. The low-frequency sub-dispersion depended on the cell length, while the high-frequency one was independent of it. The cell shape effect was simulated by an ellipsoidal cell model but the comparison between theory and experiment was far from being satisfactory. Prompted by the discrepancy, we proposed the use of spectral representation to analyze more realistic cell models. We adopted a shell-spheroidal model to analyze the effects of the cell membrane. It is found that the dielectric property of the cell membrane has only a minor effect on the dispersion magnitude ratio and the characteristic frequency ratio. We further included the effect of rotation of dipole induced by an external electric field, and solved the dipole-rotation spheroidal model in the spectral representation.Good agreement between theory and experiment has been obtained.     

Electrochemical characteristics of sulfur composite cathode for reversible lithium storage

The electrochemical characteristics of the sulfur composite cathode for reversible lithium storage were investigated. The sulfur composites showed novel electrochemical characteristics as well as high specific capacity and good cycleability. The sulfur composite presented the average discharge voltage of 1.9 V, which was just the half of conventional LiCoO₂ cathode materials, indicating that the double cells in series presented the same working voltage as conventional LiCoO₂ cells and meaning that the sulfur composite cells will have good interchangeability with conventional LiCoO₂ cells. The overcharge test showed that the sulfur composite cell cannot be charged over 5.0 V, indicating that the sulfur composite cell presented the intrinsic safety for overcharge. Overcharge can cause serious problems for the conventional Li ion cells. The overcharge test also showed that the sulfur composite cell was destroyed when the cell was charged over 4.0 V, resulting in that the cell cannot normally be discharged again. It is found, however, that the sulfur composite cell can be discharged again at very low current density of a 0.002-C rate after the cell was overcharged. Being much safer than lithium metal anode, the graphite anode was used to fabricate sulfur composite/graphite lithium ion cells with a prelithiated sulfur composite cathode, which was produced by electrochemical lithiation. The charge/discharge and cycling characteristics of the sulfur composite/graphite cell was investigated. The result showed that the sulfur composite/graphite cells can be normally cycled and showed the different voltages from that of the cell with the lithium metal anode. This paves the effective way to fabricate safer sulfur composite/graphite lithium ion cells.