土壤孔隙结构检测技术研究现状与展望

土壤孔隙是水气运移和生物运动的通道,在调节土壤肥力和生态功能中起着至关重要的作用。土壤孔隙结构的量化研究是认识土壤结构、明晰孔隙结构与宏观功能关系的前提。然而,受土壤自身复杂性的限制,目前土壤孔隙结构检测技术普遍存在精确度低、重复性差和操作复杂等问题。针对获取和量化土壤孔隙结构中的重点和难点,归纳了现有方法的优缺点、潜在误差源及应用场景。现有方法总体可分为两大类:间接法和直接观察法,间接法是利用土壤中水、气、声、热等特性获得孔隙直径、体积或孔固体表面积等信息,主要包括水分特征曲线法、压汞法、气体吸附法、声波法、热脉冲-时域反射法、变压法、回归分析法等;直接观察法可以通过几何可视化来直接观察土壤孔隙空间,并借助图像处理技术,从图像中提取大量的定量形态学和拓扑描述符进行评估,例如切片观察法、扫描电子显微镜技术、计算机断层扫描技术、核磁共振技术等。对表征土壤孔隙结构的定量化方法进行了总结,梳理了近5年常规统计法、地统计学和分形理论在土壤孔隙结构定量化研究上的应用和成果。最后对今后田间原位土壤孔隙结构检测的发展方向进行了展望,尝试为土壤孔隙结构的现场检测装置研发提供理论参考和新思路。

可用作便携式电源的高性能直接碳固体氧化物燃料电池组（英文）

报道了一种直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)电池组。该电池组由3个单节管式电池串接而成。为使电池组能够承载更多的碳,阳极制备在管状电池的外壁。此三节电池组直接以碳为燃料,空气中的氧气为氧化剂运行。该电池组的有效面积为10.2 cm^2,以17 g负载5%(w)Fe的活性炭为燃料,800°C下的功率为4.1 W。电池组以1 A的恒电流放电19 h,放电容量为19 A?h,释放出31.6 W?h的电能。这种高容量的DC-SOFC可开发成便携式电源加以应用。

银基陶瓷复合电极的电性能及其在固体氧化物燃料电池中的应用

银基陶瓷复合电极可望在中低温固体氧化物燃料电池(SOFCs)、含碳燃料SOFCs和固体氧化物电解池(SOECs)中得到广泛应用。为优选出银基陶瓷复合电极的成分,本研究采用YSZ(钇稳定化氧化锆)电解质,先将Ag-YSZ和Ag-GDC(掺钆氧化铈)材料制备成对称电极,测试其在空气下的阻抗谱,由此判断其作为阴极的性能;发现在相同的Ag含量时,Ag-YSZ的阴极极化电阻普遍低于Ag-GDC;当Ag的质量分数为65%时,Ag-YSZ的极化电阻最低,而对于Ag-GDC,Ag的质量分数是70%。然后采用空气中极化电阻最低的Ag-YSZ和Ag-GDC作为电极制备了SOFC单电池,并采用加湿氢气燃料对电池的电化学性能进行了测试。根据电池的阻抗谱数据,将极化阻抗的数值减去上述阴极阻抗的数值可得到阳极阻抗值,其结果和电池的输出特性均表明,Ag-GDC作为阳极的性能优于Ag-YSZ,即在本实验条件下,Ag-YSZ更适合用作阴极,而Ag-GDC更适合用作阳极。本研究不仅提供了关于银基复合电极材料的有用数据,还提供了一种测试SOFC阳极极化电阻的方法。

质子交换膜燃料电池研究现状及发展

质子交换膜燃料电池是一种高效清洁的发电技术,具有反应动力学快、启动温度低等特点。目前质子交换膜燃料电池技术发展迅速,有望得到广泛推广和普及。本文从质子交换膜燃料电池核心组件出发,对近年来质子交换膜燃料电池的发展进行了简要概述。从材料出发,对核心组件进行分类,详细介绍了质子交换膜、催化剂以及气体扩散层的研究现状和技术特点,综述了各组件的研究方法、改进方法以及研究进展,展望了质子交换膜燃料电池的研究方向和未来发展趋势。基于高温环境下的各种优势,具有短侧链、低当量的且适用于高温低湿环境的质子交换膜仍将是重点研究对象。质子交换膜燃料电池将进一步向低Pt甚至无Pt方向发展,同时未来将实现无增湿条件下的水平衡。

基于柱前衍生高效液相色谱的水体草甘膦检测方法的建立与研究

草甘膦由于具有高效、低毒、适用范围广等优势,成为应用最广泛的除草剂。然而,大量和广泛的适用,使得草甘膦在植物、动物体内不断富集,最后通过不同途径进入人体,对人体造成不可逆转的危害。对于水体中草甘膦的监测,对于保障农产品安全、土壤和水环境质量及人民群众的身体健康,具有重要意义。目前,草甘膦的检测手段具有操作步骤繁琐、实验仪器设备要求高、干扰性大等问题,本文采用柱前衍生高效液相色谱法,探索不同实验参数对草甘膦响应值的影响,建立基于柱前衍生高效液相色谱的草甘膦检测方法,以空白加标测定该检测方法的检出限,通过实际样品加标实验测定该检测方法的精确度和准确度。结果表明,该方法操作简单,检出限低(0.32μg/L),精确度(相对标准偏差为0.4%)和精密度(加标回收率范围为95.5%~99.5%)高,对柱前衍生高效液相色谱法检测水体草甘膦技术的发展具有积极意义。

锶钴掺杂铁酸镧修饰的直接碳固体氧化物燃料电池银基阳极的催化性能

直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)银基阳极具有高化学稳定性和抗硫抗积碳性能,然而受制于较差的催化性能,使得DC-SOFC的电化学性能一直无法让人满意。锶钴掺杂铁酸镧(LSCF)是一种催化性能佳,且兼具电子电导和离子电导的电极材料。通过LSCF修饰DC-SOFC的银基阳极(银-钆掺杂的氧化铈,Ag-GDC),显著提高了银基阳极的催化性能和相应的电池输出性能。在850℃,对应的DC-SOFC的最大功率密度由224 mW/cm^(2)提高264 mW/cm^(2)。相应的半电池阻抗谱、电极材料的微观形貌和晶型结构、与恒电流放电测试表明,在LSCF修饰后,Ag-GDC的极化阻抗由0.543Ω·cm^(2)降低至0.373Ω·cm^(2),电极的微观形貌和晶型结构稳定,对应电池的燃料利用率由51.3%提升至57.9%。因此,LSCF修饰的Ag-GDC是一种性能良好且化学稳定的DC-SOFC理想阳极材料,有望推动DC-SOFC技术的进一步发展。

Ag-GDC复合电极的性能及其在直接碳SOFC中的应用

制备了Ag与Gd掺杂的氧化铈(GDC)复合的电极材料。采用氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为电解质,Ag-GDC为阴极和阳极,组装成固体氧化物燃料电池(SOFC),采用担载5%(质量分数)Fe的活性炭为SOFC的燃料,对此直接碳SOFC(DC-SOFC)的输出性能及阻抗谱进行测试,并与采用传统阴极(掺Sr的锰酸镧与YSZ的复合材料)的DC-SOFC性能进行了比较,发现Ag-GDC具有更好的性能。采用扫描电镜(SEM)对电池的微观结构进行了分析,并就其对电池性能的影响进行了分析。