中美清洁能源联合研究中心第1期合作成效及启示

中美清洁能源联合研究中心是中美在清洁能源领域开展科技合作的标志性项目。中心成立于2009年,并于2011年正式启动运行,以产学研联盟的方式开展合作。本文阐述了中心成立的背景和重要意义,着重从论文和专利成果、产学研合作机制、知识产权管理等3个方面对第1个5年合作成效进行梳理分析,对继续深入推动中美清洁能源科技合作提出对策建议。     

支柱支撑式锥底罐抗风及抗震稳定性分析

装满储料时锥底罐主要承受轴向荷载,但当内部没有装料、部分装料或者在施工过程中,风压等横向荷载的作用不能忽视。同时,当遭到地震作用时,锥底罐更容易发生失稳破坏,风压和地震导致的锥底罐破坏事故在实际工程中时有发生。为了研究支柱支撑式锥底罐的稳定性,采用理论分析与数值模拟相结合的方法对锥底罐的抗风稳定性、抗倾覆稳定性、失稳稳定性和抗震稳定性进行了细致分析。结果表明:1在风荷载作用下,锥底罐最大应力出现在支柱与补强板接触部位,发生失稳首先出现在上部罐壁靠近罐顶位置处;2地震载荷作用下高应力区主要出现在锥底板、支柱位置和罐顶位置。因此在锥底罐设计与维护过程中,要重点考虑这些部位的强度和稳定性。     

DMFC阳极催化层结构优化研究

直接甲醇燃料电池阳极催化层是甲醇电化学氧化的场所,并承担着将甲醇氧化成的二氧化碳排出的作用,因此提高直接甲醇燃料电池阳极的性能对于整体性能的提高有着至关重要的作用.该文采用喷雾法制备了膜电极,并在阳极催化层中加入了不同含量的 NH4HCO3作为阳极造孔剂,用以改变阳极催化层的微结构.实验结果表明,阳极催化层加入造孔剂后性能比未加入造孔剂有很大提高,加入造孔剂的量为50%时性能最好,最高性能从未加入造孔剂的111 mW/cm2提高到156 mW/cm2.SEM表明,加入造孔剂后阳极表面的空隙率提高,这有助于传质的增加和二氧化碳的排出.     

泡沫镍载钌催化硼氢化钠水解制氢

应用化学镀法制备泡沫镍载钌(Ru)催化剂,以其用于燃料电池硼氢化钠(NaBH4)水解即时供氢.该催化剂具有稳定高效的活性和稳定性能,而泡沫镍的预处理是一重要步骤.研究了制氢过程中NaBH4浓度、反应温度及使用次数对产氢速率的影响.结果表明:产氢速率随温度的升高快速上升,当反应温度从15℃升高到60℃,产氢速率增加了十几倍;在NaBH4浓度为20%的3%NaOH溶液中,使用载Ru量为3%的催化剂,于23.5℃常压下,水解NaBH4,其产氢速率达到0.784 mL.s-1.g-1.这种容易制备的催化剂在多次使用后仍显示出较高的活性.     

直接甲醇燃料电池用聚合物质子交换膜的研究进展

对各种类型的聚合物质子交换膜,如全氟磺酸聚合物、部分氟化磺酸聚合物、非氟磺酸聚合物、有机-无机复合质子交换膜的结构、性质以及最新的研究进展进行了综述.并且,对该领域未来的发展进行了展望.     

基于能量平衡方法的套管抗挤规律分析

根据套管受到外挤载荷时的受力和变形特点,将套管变形分为弹性和塑性变形两个阶段,建立套管弹、塑性变形受力计算模型,利用能量平衡方程推导出套管抗挤强度计算公式,分析初始椭圆度、屈服强度和径厚比对套管抗挤强度的影响。通过对6根V140套管进行室内全尺寸试验和三维有限元数值模拟计算得到其抗挤毁强度,并与计算结果进行对比。结果表明:利用能量平衡方程推导的套管抗挤强度计算公式与试验、ISO/TR104002007(E)标准和有限元计算结果相比具有很高的精度,可以满足工程需求;初始椭圆度和径厚比越大,套管抗挤强度越小;屈服应力越大,套管抗挤强度越大。     

直接甲醇燃料电池运行参数的研究

以载量均为4 mg/cm2的Pt-Ru黑和Pt黑分别为阳极、阴极催化剂,以碳布为扩散层,以Nafion115为质子交换膜,制备膜电极,组装直接甲醇燃料电池并通过恒电位法和交流阻抗法分别测试性能和阻抗. 研究考察了各种工艺参数对电池电化学性能的影响,得出55 ℃下最佳工艺参数为:甲醇浓度为1.5 mol/L、流量为1.5mL/min时阳极反应达到最优,氧气压力在0.3 MPa、流量在800 mL/min时阴极反应达到最佳.     

基于弹塑性地基模型的湿陷性黄土地段悬空管道受力分析

根据湿陷性黄土地段塌陷区悬空管道的受力特点,建立考虑管道轴向载荷和地基塑性变形的悬空管道受力的弹塑性地基模型,推导悬空管道受力和变形计算公式,并利用Visual Basic计算机语言编制相应的计算程序对某湿陷区悬空管道进行模拟计算;将悬空管道的力学分析计算结果与实测值和Winkler地基模型计算结果进行对比,分析轴向载荷和地基刚度对计算结果的影响.结果表明:弹塑性地基模型比Winkler地基模型具有更高的计算精度,更符合工程应用;轴向载荷对悬空管道受力和变形影响显著,在悬空管道设计校核中不能忽略;地基刚度对弹塑性地基模型计算结果影响不显著.     

电沉积ZnO纳米棒阵列膜制备及其透光性能研究

应用阴极恒电流电沉积法,以ZnC l2水溶液为电解液,在经预处理的ITO导电玻璃上制备ZnO纳米棒阵列,扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及透射光谱等测试表明,ZnO纳米棒阵列具有c轴高度择优取向,呈六方纤锌矿结构.当入射光波长大于380 nm时,ZnO纳米棒阵列的透光率大于95%,并且禁带宽度变窄.