材料电化学工程基础课程的理论和工程实践本研一体化教学探索

“碳中和”对新能源材料专业人才培养提出了更高要求,在加强理论讲授的同时,还要全面提升大学生的工程应用能力和实践能力。对材料电化学工程基础课程开设本研一体化的教育教学改革,旨在实现多学科的交叉融合,面向工业和工程应用的最新社会化需求。基于OBE方法构建多元化的课程教学体系,从四个时空维度开展课程体系改革:(1)课堂内理论教学;(2)课外调研前沿进展;(3)参与科研项目实践;(4)参与企业工程实践。该课程教育改革,可以提升本研一体化培养水平,提高学生的科研和工程应用能力。

新能源汽车锂离子动力电池碳足迹削减策略

本研究以磷酸铁锂、三元材料(NCM622)锂离子动力电池作为研究对象。在收集到磷酸铁锂、(NCM622)清单的基础上,计算得到生产1 kWh磷酸铁锂、三元材料电池(NCM622)产生的碳足迹;根据电力结构、汽车百公里能耗,计算得到新能源汽车行驶过程中锂离子动力电池运行所产生的碳足迹。结合未来燃油车、新能源汽车发展趋势,以2020年为基准年,采用情景分析法,通过改变电力结构及汽车百公里能耗,对2030年碳达峰情况进行分析。最终给出削减动力电池碳足迹、实现2030年碳达峰目标的各项策略,为我国动力电池行业绿色发展提供了政策辅助。

新能源汽车车载动力电池碳中和潜力分析

尽管纯电动汽车具有道路“零排放”优势,但考虑到上游排放、动力电池生产和材料回收,电动汽车在全生命周期内是否比传统燃油车环保依然存疑。基于Simapro软件对京津冀地区电动汽车全生命周期CO_(2)排放进行生命周期评价。结果显示,京津冀地区传统燃油车、LFP-based电动汽车和NMC-based电动汽车行驶全生命周期CO_(2)排放量分别为37879.81,46738.53和45351.99kg。在我国电力生产平均排放水平下,电动汽车取代燃油车已满足CO_(2)减排需求。而我国电力清洁度对使用电动汽车实现碳中和具有重要影响。根据与其他国家和地区的对比,我国在未来实现碳中和的路上具有巨大的潜力。

基于BMS与云平台的动力电池健康管理体系

为解决电动汽车现有BMS系统对锂离子动力电池SOH评估与预测难以满足多种工况条件、各种类动力电池,且难同时兼顾预测精度与反馈速度等应用缺陷,提出了一套全新的EVs电池健康管理系统设计思路,采用了结合云计算与存储平台,融入BMS评估体系等关键方法;通过BMS增加5G通讯模块,利用5G/4G信号实时上传电芯数据,经过云平台搭载的多种SOH评估模型与算法,多线程在线计算得到预测结果,及时反馈至用户端和BMS,实现电池健康管理;该体系的设计案例展示出较好的未来应用价值,为电动汽车电池管理设计提供了新方向。

相关向量机预测锂离子电池剩余有效寿命

随着新能源汽车的迅速发展,锂离子电池已得到广泛应用。准确预测锂离子电池剩余有效寿命(RUL)对于合理规划电池使用至关重要。目前,机器算法和模型预测已广泛应用于电池剩余有效寿命的预测中。本文基于数据驱动的方法进行锂离子电池剩余有效寿命预测,通过使用相关向量机(RVM)将长期预测分为多段短期预测,并结合自相关函数、灰色关联度模型、卡尔曼滤波器(KF)进行模型优化与改进,改进后的RVM模型在三组目标电池RUL预测中的相对误差分别为5.46%、7.14%和6.29%,与其他几种预测模型的对比结果表明该模型优于其他模型。

淮河(江苏段)水体有机氯农药的污染水平

分别采集淮河丰水期和枯水期次表层水样 ,并用气相色谱 电子捕集检测器分析其中1 6种有机氯农药 .水体中总HCHs含量介于 1 1 1— 7 5 5ng·l- 1 ,总DDTs含量介于 4 45—78 87ng·l- 1 .水体中DDT/(DDE +DDD)比值较大 ,表明此类化合物环境滞留期较长 ;六六六的两种异构体α/γ比值接近 1 ,表明近期可能有此类物质输入淮河水域 .有机氯农药的总量在 2 6 2 7— 1 2 4 39ng·l- 1 之间 .

城市病诊断与城市生态系统健康评价

在总结国内外城市病现象和病因的基础上,提出了城市生态系统健康的五大功能,即承载力、支持力、吸引力、延续力和发展力,概括为CSAED模型,分析了与此相对应的限制城市功能的瓶颈因子,将城市病的各项病征与城市功能相联系,并以此为基本框架,构建了城市病诊断和城市生态系统健康的评价体系。基于城市生态系统的发展目标,将梯度型隶属度函数、改进均方差法、加权欧氏距离算法等进行综合集成,建立了一套便于推广比较的城市生态系统健康评价模型算法。以北京市为案例,进行了城市病的单因子诊断和城市生态系统健康评价,计算了北京市1999-2005年的城市生态系统健康指数,并分析了北京市发生城市病的原因、城市病所处的阶段等。研究对于我国城市病诊断与解决,以及城市生态系统健康评价具有重要参考意义。

淮河沉积物中重金属的测定和污染评价

采用X-射线荧光法分析了淮河沉积物中重金属的污染状况,并根据沉积学原理和环境化学行为特点,应用地积累指数法对淮河沉积物中重金属污染水平进行了评价研究。结果表明,淮河沉积物中有一定的重金属污染,其中Cu,Pb,Cr,Ni的污染水平较高。

城市生态系统的动力学演化模型研究进展

从系统分析出发,对城市生态系统的动力学演化模型的发展历程、建模的方法和步骤过程、软件开发方法和目前的模型软件等进行了总结。归纳了城市生态系统的动力学演化建模的方法,主要包括模型定义、模拟、实现、验证、分析和应用等六大步骤。目前国内外用于城市生态系统动力学演化模型的主要方法有:基于数理模型的方法、生态控制论和灵敏度模型、系统动力学模型、多目标规划法等。已经开发的用于城市生态系统的动力学模拟的软件可以划分为两类:基于土地利用和交通规划的专业模型和基于系统动力学和灵敏度模型的一般软件。总结了常用的城市演化模型软件,讨论了模型的研究对象和应用范围。分析了城市生态系统的动力学演化模型建模的不确定性的来源,并指出:向宏观和微观两极化发展是城市生态系统动力学演化模型的发展趋势之一,而与人工智能和地理信息系统等新方法的集成是发展的另一趋势。城市生态系统动力学演化模型的开发前景在于对不确定性问题的定性、定量分析,而多模型的耦合和集成是发展的必然趋势。

淮河(江苏段)水体有机污染物风险评价

淮河(江苏段)水体检测到的半挥发性有机物和有机氯农药绝大多数属于USEPA的优先控制污染物。应用USEPA规定的水中优先控制污染物和非优先控制污染物对人体健康的摄入与饮入之和的水体有机物浓度标准,计算了淮河(江苏段)水体的48种有机污染物的环境暴露浓度,并根据最高环境暴露浓度与USEPA水质指标的比值,参考IARC的化合物致癌性指标,建立了一套表征水体有机污染物的风险特征以及采取相应管理措施和建议的评价体系,对这些化合物的环境健康风险进行了评价。结果表明,有18种有机污染物超过了USEPA的标准浓度要求,其中9种物质具有一定的生态风险,其中六氯苯、N-亚硝基二正丙胺、3,3'-二氯联苯胺、2,4,6-三氯酚、五氯酚、茚并(1,2,3-cd)芘、4,4'-滴滴涕、七氯在内的8种化合物具有一定的风险,而多环芳烃二苯并(a,h)蒽需要引起更高警惕;在此基础上探讨了这些化合物的来源及作用,并提出了相应的防治建议。

滇池湖体及其主要入湖河流沉积物中重金属生态风险的时空分布特征评价

为了表征滇池流域20多年来的底泥重金属生态风险,用Hakanson潜在生态危害指数评价法和Muller地积累指数法对滇池湖体及其5条主要入湖河流的重金属污染进行时空特征评价。就空间分析,得出以下结论:(1)对于滇池湖体,两种评价方法结果一致,即草海污染程度大于外海,并且滇池湖体中污染程度最高的重金属为Cd;(2)对于滇池主要入湖河流,两种方法得到一致的污染程度排序:运粮河>新河>船房河>盘龙江>大清河;(3)关于入湖河流中污染程度最高的重金属,潜在生态危害指数法评价为:船房河、大清河、盘龙江是重金属Hg风险最高,而运粮河和新河是重金属Cd的风险最高。而通过地累积指数评价法得到,5条河流均是重金属Cd的污染程度最高。评价结果的差异,主要是由于潜在生态危害指数法较之地累积指数法还另外考虑了污染因子的毒性特征而产生的。就时间变化分析,以1989年和2005年为例,除了重金属Cr有上升趋势,其余金属总体上呈现随时间下降的趋势,说明滇池流域20多年来的污染治理工作取得了一定的成效。

水中痕量有机污染物的富集与分离方法

综述水中有机污染物富集与分离方法的原理、优缺点、适用条件 。

滇池流域水污染防治规划回顾性评估

为了准确把握"十二五"水污染防治规划的方向,需要对已完成的规划进行回顾性评估。滇池流域历经"九五"、"十五"、"十一五"阶段的投资与治理,共计投入222.3亿元,水环境保护工作取得了一定的进展。本文对滇池流域规划投入的资金用途进行了归类,其中58%用于污染治理。通过径向基函数神经网络模拟,可见规划执行以及环保投资对滇池的BOD5,CODMn和Chla等水质指标具有一定的改善作用。此外,还分析了近年来滇池水质相对于昆明市的经济发展水平的相对变化趋势。最后,对规划的污染控制、生态修复、资源调配、技术示范、监督管理等方面进行了回顾性评估,并给出了改进建议。

基于人工神经网络的城市拓展区可持续发展指数序列研究(英文)

基于压力-状态-效应(PSR)理论,着重分析我国传统农业地区在快速城市化过程中融入城市拓展区,并逐步城市化过程中的可持续发展问题,提出了一套以PSR为基础框架的城市拓展区可持续发展指标体系。基于灰色系统理论,将该特定区域的社会-经济-环境复杂巨系统作为灰箱系统模型,应用人工神经网络的人工智能方法,计算城市拓展区的可持续发展指数(ISD)。最后,将该方法应用于郑州惠济区的1987—2004年ISD时间序列评估,并作了不确定性分析。该方法可应用推广于类似的区域可持续发展的综合评价以及时间序列分析等问题。

基于混合式教学法的计算材料学系列课程教改实践

计算材料学系列课程是高校材料专业的主要课程之一,是介绍关于材料组成、结构及性质的计算机模拟与设计的课程。通过此课程的学习,可使学习者了解和掌握材料计算和模拟的基础知识,进而具备利用计算模拟方法进行材料科学研究的能力。然而,计算材料学课程内容中包含大量的理论性概念知识,复杂的数学公式、算法和高阶的理论推导,采用传统的单向授课方法,学习思考难度大、理解存在偏差,影响学习积极性和主动性,导致整体教学效果差强人意。基于此,开展了基于混合式教学法的计算材料学系列课程教学改革的探索和实践。通过引入混合式教学理念,在实际教学过程中采用线上线下混合教学、多媒体教学和虚拟现实技术等多种方式,不但强调了教师的"传授知识"功能,而且实现了学生作为学习主体的角色定位,并将研究性教学模式引入课堂,引导学生结合科研项目去理解、掌握计算材料学的知识点。实践证明,这一系列的教改探索取得了初步效果,它有效地把学习者的学习由浅到深地引向深度学习,为高校相关专业课堂教学改革提供了借鉴和参考。

二次电池生命周期评价软件模块的设计与应用

建立一种专门软件来评价各种类型的二次电池。该软件是基于Eco-indicator 99体系的生命周期评价数据库而构建的,通过将二次电池的组分进行标准化换算后再输入软件,经过一定的后台计算即可得到某种电池的资源消耗、人类健康损害、生态系统损害等方面的评价结果,亦可作综合评价。该软件可实现对多个型号二次电池进行环境影响指数的计算、评价和图表分析等功能,并可储存所输入的数据。此外,还能对不同二次电池的评价结果进行图形化对比分析。最后,选择少量二次电池输入该软件进行了实际的计算和评价应用。

典型二次电池生命周期评价

近年来由于资源短缺问题,二次电池引起了人们广泛的关注,各种二次电池发展很快。为了寻找环境影响程度最小的电池,采用Simapro软件对铅酸电池、镍镉电池及锂离子电池进行生命周期评价。结果表明,产生1 000 kW.h的电能,锂离子电池的环境指标分数最低(3.93 Pt),铅酸电池其次(28.14 Pt),镍镉电池最高(29.76 Pt)。因此,在产生相同电能的条件下,镍镉电池由于其主要原材料组分的毒性,对环境造成的负担最大;铅酸电池对资源消耗影响最大,其环境影响程度略小于镍镉电池;由于锂离子电池具有很好的电池性能,其中活性物质钴输入量很小,所以对环境的影响远小于铅酸电池和镍镉电池。

淮河(江苏段)水体SVOC浓度水平及经济损失评估

为评价淮河水体有机污染物对流域人民健康和经济发展的影响，建立了一套有机化合物浓度分析、有机物导致人体健康损失的评估以及相应的经济损失计算的方法。首先建立了表面水体中半挥发性有机化合物（SVOC）浓度水平的分析方法，对淮河（江苏段）进行采样分析。结果表明，该河段水体共检出33种半挥发性有机化合物（SVOC），部分多环芳烃、取代苯等具有较高浓度，所有检出化合物均属于美国环境保护局（USEPA）的优先控制污染物。为讨论水体有毒化合物对人体健康损害的经济损失，提出一种判断此类物质导致人体重大疾病发生概率的方法，并估算了检测河段范围内典型区域相应的健康损失及其占GDP的比例。结果显示，SVOC导致的2002和2003年的经济损失分别占当地当年GDP的0．876‰-2．22‰和0．684‰～2．25‰。最后，提出了减少水体优先控制污染物导致经济损失的相应建议。

二次电池电极材料环境影响计算系统

以生命周期评价理论为基础,建立了电极材料电化学性能与环境影响的内在量化关联关系分析方法。基于Java语言,设计和编写了二次电池电极材料环境影响综合计算系统,协调考虑了二次电池的循环特性、电化学特征等,实现了环境影响评价过程中对材料质量需求的便捷计算,进而实现了整个评价操作过程的综合化、软件化和信息化,提高了评价效率。选用LiFePO_4/C,LiFe_(0.98)Ti_(0.02)PO_4/C,LiFe_(0.98)Mn_(0.02)PO_4/C和FeF_3(H_2O)_3/C 4种正极材料基于此系统进行了实例应用。

河岸带生态系统退化机制及其恢复研究进展

恢复和重建自然和人为干扰导致的退化河岸带生态系统是目前恢复生态学、流域生态学等学科研究的重要内容之一.对河岸带生态系统的干扰表现在河流水文特征改变、河岸带直接干扰和流域尺度干扰3个方面,分别具有不同的影响机制.河流水文特征改变通过改变河岸土壤湿度、氧化还原电位、生物生存环境以及沉积物传输规律对河岸带生态系统产生影响;河岸带直接干扰通过人类活动及外来物种入侵而直接影响河岸带植被多样性;流域尺度干扰则主要表现在河道刷深、河道淤积、河岸带地下水位降低和河流冲刷过程改变等.河岸带生态恢复评价对象包括河岸带生态系统各要素,评价指标已从单一的生态指标转向综合性指标.河岸带生态恢复应在景观或者流域尺度上进行考虑,识别对其影响的生物和物理过程以及导致其退化的干扰因子,通过植被重建与水文调控来进行.扩展研究尺度和研究对象及采用多学科的研究方法将是今后相关研究中的重要问题.