质子交换膜燃料电池在线监测方法研究进展

质子交换膜燃料电池作为一种高效、无污染的新一代发电技术在近年来得到广泛关注,但是其寿命问题依然严重制约其商业应用。通过对燃料电池状态进行在线监测来实现电池的快速故障诊断,是延长电池寿命的极有效的途径之一。本文对近年来质子交换膜燃料电池在线监测方向的文章进行了总结,并按照故障检测方法(包括极化曲线、循环伏安法、电化学阻抗谱等)进行分类讨论。同时,根据实际应用情况将单一检测方法和多种结合检测方法进行文献综述。另外,在总结现有的在线监测方法的基础上,本文提出了未来燃料电池在线监测需要解决的问题并进行展望。

高电位下PEMFC阴极催化层Pt对碳腐蚀的影响

结合非色散红外光谱(NDIR)和电化学表征的方法研究了质子交换膜燃料电池阴极催化层在0.8 V恒电位下,碳腐蚀的变化规律及其对Pt氧化过程的依赖性。研究发现0.8 V恒电位下,Pt会导致碳载体的腐蚀更加剧烈。运行100 h后,Pt/C电极的碳损失质量达到8.7%,是纯碳电极的3.5倍。Pt/C电极的碳腐蚀规律可以分为三个阶段,第一阶段呈对数增长,第三阶段呈线性增长,中间存在混合增长区。而Pt氧化物累积量分析表明Pt的氧化呈现出两段对数关系,且中间存在一个过渡区,这解释了碳腐蚀的三段规律。活跃的Pt-OH催化碳腐蚀,并快速转化成PtO_(x)等惰性氧化物,大幅降低对碳腐蚀的促进作用,当Pt-OH含量稳定后,碳腐蚀速率达到稳态。电位阶跃工况下,Pt氧化物增长速度明显降低,碳载体质量损失达到了15.55%,几乎是恒电位工况的2倍,表明控制Pt氧化物累积速度会加速碳载体的腐蚀。

PEMFC启停工况下的阳极氢空混合区域分析

质子交换膜燃料电池在启停工况下,一般认为,阳极流道中形成氢空界面,产生阴极高电位,导致阴极材料发生电化学腐蚀。实际上,氢气与空气接触时会发生对流与扩散,阳极流道中将形成氢空混合区域。通过推导氢空混合区域的运动学模型与电解质电势分布数学模型,进行氢空混合区域范围、时间及电解质电势数值计算。结果表明,氢空混合区域导致的阴极高电位持续时间远超氢空界面存在时间;对应的电解质电势为-0.304~-0.260 V;氢空混合区域的分布范围与持续时间受入口气体流速及流道当量直径影响;当量直径每增加0.1 mm,混合区域最大值将增加4 mm,整体阴极高电位的持续时间将延长1.25%。以上结果为阳极流场的设计和启停工况下的控制策略提供了理论依据。

不同有机肥对甘薯产量、品质及土壤肥力的影响

为探究施用不同有机肥对甘薯产量、品质以及土壤肥力的影响。以甘薯品种黔薯6号为试材,设置5种不同有机肥处理,以不施肥为对照。结果表明:施用有机肥能有效促进甘薯藤蔓生长及块根的膨大,其中产量以上蚕力有机肥(T4)最高,较对照增加了19.9%。不同有机肥对甘薯营养品质的影响差异较大,而对干物质的累积不明显。另外,种植甘薯显著降低了土壤的养分含量,而施用不同有机肥可以补充甘薯对养分的部分需求,但对土壤pH的影响不明显。施肥均显著增加了土壤微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)的含量。同时显著增加了土壤脲酶(URE)、酸性磷酸酶(ACP)、N-乙酰葡萄糖苷酶(NAG)和纤维二糖酶(CBH)活性,明显降低了硝酸还原酶(NR)和β-葡萄糖苷酶(BG)活性,而对其他酶活性影响有升有降。相关性分析表明,有机肥中不同成分对甘薯块根产量和品质的影响差异较大,肥料的pH及有机质投入量主要影响块根的品质,而纯氮投入量则与块根产量和品质均密切相关。土壤理化性质主要受有机肥的pH、有机质及纯氮投入量的影响,而与纯磷和纯钾的投入量相关性较小;同时,有机肥与土壤MBC、土壤URE、ACP、NR、PPO和LAP的相关性强于土壤微生物量氮(MBN)、N-乙酰葡萄糖苷酶(NAG)、纤维二糖酶(CBH)和多酚氧化酶(PPO)。综上,不同有机肥在一定程度上促进了甘薯的生长,提高了甘薯产量,增加了土壤的养分含量,改变了土壤的微生物环境,因此可根据指标的相关性分析结果为甘薯生产提供参考依据。

复合酵素的贮藏稳定性及货架期研究

该研究采用克鲁弗毕赤酵母菌(Pichia kluyveri)和植物乳植杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)共发酵制备复合酵素,旨在研究其产品经巴氏杀菌处理后的贮藏稳定性,并建立一个可靠的货架期预测模型。该实验将杀菌后的复合酵素分别放置在4、25、37℃恒温贮藏,测定了复合酵素的感官品质、理化性质和活性成分在贮藏期间的变化。此外,根据Arrhenius方程和零级动力学反应建立了该复合酵素的货架期模型,通过此模型对复合酵素的货架期进行预测并通过实验进行验证。实验结果表明,4℃贮藏的复合酵素pH和总酸变化幅度最小,表现出最高的稳定性,且贮藏56 d后pH值为3.41。抗坏血酸在贮藏过程中分别降低了33.10%、52.11%和77.93%,超氧化物歧化酶活力也呈现不同程度的下降趋势,且抗坏血酸对其具有一定的保护作用。色差ΔE和感官评分在4℃劣变速度最慢。根据建立的货架期模型,预测该复合酵素在常温下的货架期为184 d。在不同温度下(10、20、25℃)对该货架期模型进行验证,相对误差均在5%以下。因此,此货架期模型较为可靠。

近红外光谱技术快速检测新鲜红辣椒中水分含量和辣椒素含量的研究

为了快速准确地检测新鲜红辣椒中水分含量和辣椒素含量,采用近红外光谱技术结合偏最小二乘法(PLS)建立预测新鲜红辣椒中水分含量和辣椒素含量的定量模型。对5个品种138份新鲜红辣椒进行光谱采集,并将采集的光谱数据分别与水分含量和辣椒素含量检测值进行关联。结果表明,水分含量检验集、校正集、预测集模型的相关系数r分别为0.9585、0.9886、0.9285,残留预测偏差(RPD)都在2以上,模型拟合效果较好,预测性和准确度高;辣椒素含量模型相关系数r均大于0.8,RPD均大于2,模型预测的准确度高。说明基于近红外光谱模型快速检测新鲜红辣椒中水分含量和辣椒素含量的方法可行。

基于不同包装材料和杀菌方式的糟辣椒贮藏品质变化及货架期预测

目的研究不同包装材料和杀菌方式对糟辣椒贮藏品质的影响,并对糟辣椒的货架期进行预测。方法以花溪新鲜红辣椒制作的糟辣椒为研究对象,探索高温蒸煮袋、铝箔袋、聚丙烯(polypropylene plastic,PP)塑料瓶、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polythylene terephthalate,PET)塑料瓶、玻璃瓶5种包装材料和巴氏杀菌、蒸汽灭菌、微波杀菌、超高压杀菌、辐照杀菌5种杀菌方式对糟辣椒贮藏品质的影响,通过加速货架期测试法(accelerated shelf life testing,ASLT)和Q10货架期预测模型对糟辣椒的货架期进行预测。结果糟辣椒袋装材料以铝箔袋包装效果较好,瓶装以玻璃瓶包装效果较好;糟辣椒经5种杀菌方式处理后,硬度和咀嚼性略有减小,菌落总数显著降低。随着贮藏时间的延长,不同杀菌处理可降低糟辣椒亚硝酸盐峰值,保持色泽,维持质地特性,延缓微生物的生长。整体上,冷杀菌效果优于热杀菌,但超高压杀菌对糟辣椒感官品质有影响(产生异味),因此,辐照杀菌较适合用于糟辣椒的杀菌。通过ASLT法和Q10货架期预测模型得到优化后糟辣椒在25℃的货架期约为219 d。结论玻璃瓶包装的糟辣椒经辐照冷杀菌处理,与未杀菌的玻璃瓶包装糟辣椒相比,货架期延长了121 d,该研究可为提升糟辣椒贮藏品质提供参考。

基于XCT的气体扩散层传输特性孔尺度模拟

为了探究质子交换膜燃料电池气体扩散层中孔隙率对各向异性传输特性的影响,先利用X射线计算机断层扫描(XCT)可视化技术方法对Freudenberg H2315 GDL气体扩散层进行三维微观结构重构,随后利用孔尺度模型分别研究了气体有效扩散率、曲度、有效电导率、有效热导率与孔隙率的关系,利用格子-玻尔兹曼模型研究液态水渗透率在厚度方向和平面内方向与孔隙率的关系,以及液态水饱和度和毛细压强的关系。结果表明:孔隙率对传输特性有显著的影响,Freudenberg H2315 GDL气体扩散层表现出明显的各向同性。

弛豫时间分布阻抗分析PEMFC气体扩散层传质现象

电化学阻抗谱是电化学中常用的技术,而传统方法在分析EIS数据时不够准确直观,为此,弛豫时间分布法可以更有效地解决该问题。基于弛豫时间分布法在处理电化学阻抗数据的直观有效性上,对燃料电池的气体扩散层在不同压缩率与不同操作条件下的传质情况进行分析。测试结果表明低压缩率的电池接触电阻较大,高压缩率的电池存在被压塌的可能,10%与20%表现较好。低电流密度下,不同压缩率的性能与阻抗无明显差别,电流密度逐渐升高时,传质阻力影响最大,电荷传输次之。改变操作条件,背压的改变会影响水传质的效果;在性能相近的不同压缩率下,过量系数会改善气体传输阻力;而加湿度变低,会增大传质,峰值的位置也会产生偏移现象。

氮掺杂PtCo/C合金催化剂的研究

通过调节氮原子在商业化PtCo/C中的含量来调整催化剂的活性和稳定性,最终使催化剂的质量比活性(MA)提升为改性前的2倍,半波电势由0.90 V增加到0.93 V,并且在0.6~1.0 V之间进行5000次循环之后,半波电势下降幅度由原来的66 mV降低到26 mV,表现出优异的氧还原反应活性和出色的循环稳定性.活性的提升主要归因于氮与铂的结合降低了对含氧中间体的吸附结合能,提高了氧还原反应(ORR)过程中羟基的脱附速率.耐久性的提高表明Pt—N键的存在使催化剂不容易在循环过程中溶解,有助于合金催化剂在碳载体上的稳定.

醇法菜籽浓缩蛋白的微波改性试验

对醇法菜籽浓缩蛋白(RPC)进行了微波改性的试验。在单因素试验的基础上,采用L9(34)正交试验,以探讨pH值、菜籽浓缩蛋白质量分数、微波功率及改性时间对菜籽浓缩蛋白的氮溶解指数(NSI)的影响。通过正交试验确定了微波改性的最佳工艺条件为:菜籽浓缩蛋白质量分数5%、微波功率300 W、改性时间1 min和pH值10。最佳改性条件下改性菜籽浓缩蛋白的NSI可达到73.38%,起泡稳定性为91.25%。

质子交换膜导电性的测试方法分析

分析了质子交换膜导电性能测试方法 (如直流扫描法、交流阻抗法、同轴探针法 )的原理结果 ,指出由于质子交换膜结构特殊 ,影响因素较多 ,研究测量方法不统一 ,测量结果也不一致。四电极交流阻抗法和同轴探针法测量结果相对准确一些 ,推荐采用。但测试过程中还有许多问题有待进一步研究 ,如膜的纵向与横向电阻的差别、质子补偿、膜的频率响应特性、测试几何尺寸的影响等。测试过程的外部条件的控制 (如温度、湿度等 )也需要规范 。

醇法菜籽浓缩蛋白的超声波改性研究

研究了对醇变性菜籽浓缩蛋白(RPC)进行超声波改性的方法。在单因素试验的基础上,采用L9(34)正交优化试验,以探讨pH值、改性时间、超声波功率和菜籽浓缩蛋白质量分数对菜籽浓缩蛋白的氮溶解指数(NSI)的影响并与微波改性菜籽浓缩蛋白的理化指标和功能性质进行分析比较。通过正交试验确定了超声波改性的最佳工艺条件为:菜籽浓缩蛋白质量分数3%、改性时间5 min、超声波功率300 W、pH值为11。在最佳改性条件下改性菜籽浓缩蛋白的NSI可达到86.94%,起泡稳定性为80%。

碳化硅(SiC)基材料的高温氧化和腐蚀

评述了近年来SiC材料氧化和腐蚀研究的进展 ,分析讨论SiC腐蚀氧化机理、影响因素、气氛和融盐等的影响 ,比较了SiC材料在不同条件下的氧化腐蚀情况 ,同时指出了存在的问题 .

ZrO_2涂层研究现状

ZrO2陶瓷涂层的研究开始于40年代到50年代之间，到60年代，ZrO2陶瓷涂层已经应用到X-15火箭喷嘴及气轮发动机的燃烧室部件上.首次成功地应用到试验性发动机汽轮机叶片上则是70年代中期的事情．

Fe-Mn-C合金奥氏体强化对马氏体相变的影响

测定了5种Fe-Mn-C合金的M_s温度及奥氏体在M_s温度时的屈服强度,结果表明两者成线性关系。还研究了奥氏体固溶强化对马氏体形态的影响,提出存在一个奥氏体强化特征温度T_c,当M_s>T_c时,马氏体形态主要为位错型条状马氏体,当M_s<T_c时,主要为孪晶型片状马氏体,理论分析与实验结果符合。

材料的冲蚀问题

本文分析讨论了近年来材料冲蚀研究进展，总结出只有当入射角度非常低或入射粒子粒径相当小时，脆性材料的冲蚀率才有可能比韧性材料的冲蚀率低；决定韧性材料抗冲蚀性能的关键因数并不是材料的硬度而是材料的弹性模量；

陶瓷复合涂层炉底辊结瘤现象研究

对陶瓷复合涂层炉底辊辊面结瘤现象，采用XRD、SEM和EPMA等手段进行取样分析研究，结果表明，陶瓷复合涂层炉底辊表面结瘤的瘤子主要成分是铁。在金属铁层与陶瓷涂层之间，形成一层约200 mm的金属陶瓷混合层。金属瘤子的形成是一个积累过程，最初是较大铁颗粒(40 mm×20 mm)粘附，或超细铁颗粒(φ2～3 mm)堆积在辊面上，并与金属陶瓷混合层中的铁，形成多点紧密结合，造成辊面粗糙，且不易磨掉，在与钢板摩擦过程和磨辊过程中，导致多层铁的大量堆积，形成较大的瘤子。因此，金属陶瓷混合层的形成陶瓷涂层是炉底结瘤的主要原因。

SiC基材的抗氧化腐蚀涂层的研究现状与方向

总结了近年来ＳｉＣ 基材的抗氧化腐蚀涂层的研究现状，讨论了影响涂层热震性能和抗氧化腐蚀性能的因素，提出了等离子喷涂层中的亚稳结构在服役过程中向热力学稳定结构转变产生的相变应力是影响涂层热震性能的关键因素。涂层的抗热震性能直接关系到涂层对氧化腐蚀环境的防护作用，展望了该领域内的研究方向。

4种不同酵母酿造杨梅酒的风味特征差异分析

目的探究3种商业酿酒酵母(DV10、D254、X16)及1种从杨梅醪中筛选的原生酵母(CCTCC M2015627)酿造杨梅酒的风味特征差异。方法通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法(headspace solid-phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)检测不同酵母发酵杨梅酒的挥发性香气物质,通过计算相对气味活性值(relative odor activity value,ROAV)确定重要香气活性化合物,根据变量重要性投影(variable importance in projection,VIP)值筛选关键差异特征呈香物质。结果4种酵母发酵杨梅酒共鉴定出107种挥发性成分,其中原生酵母发酵的杨梅果酒香气物质种类总数最多,为93种,X16杨梅酒香气物质类别丰富度最低,为62种,DV10及D254杨梅酒产香物质类别丰富度居中。DV10杨梅酒香气物质总含量最高,且ROAV≥0.1的香气活性成分最多,为17种。ROAV≥1的物质为异丁酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、正己酸乙酯,是杨梅酒的主要呈香化合物。VIP>1且ROAV≥0.1筛选的差异特征香气物质共计9种,分别为1-石竹烯、芳樟醇、(Z)-6-壬烯-1-醇、癸酸乙酯、辛酸3-甲基丁酯、乙酸辛酯、乙酸己酯、异戊酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯,以上9种活性香气化合物是区分4种酵母发酵杨梅酒的呈香活性成分。结论本研究鉴定了4种酵母发酵杨梅酒的香气特征成分、关键香气活性化合物及差异特征呈香物质。原生酵母发酵的杨梅酒香气物质丰富,DV10杨梅酒香气物质含量高且呈香活性物质种类多;原生酵母及DV10发酵的杨梅酒均富含萜烯类香气物质,可赋予杨梅果酒功能活性。综上,原生酵母(CCTCC M 2015627)及商业酵母DV10均可作为杨梅发酵酒的优势酵母,为发酵型杨梅酒的风味调控提供参考工程菌株。