储能科学与工程专业建设与人才培养模式进展与探讨

储能对于促进太阳能、风能等清洁可再生能源的发展具有重要的作用,储能科学与工程专业的建设和人才培养为储能行业的快速发展提供了稳固的人才支持,对于实现"双碳"目标具有重要的作用。自西安交通大学于2020年获批第一个储能科学与工程本科专业以来,目前已有60余所高校开设了该专业,这一迅猛发展趋势清晰地表明储能科学与工程专业的建设与人才培养正处于蓬勃发展的阶段。储能科学与工程专业涉及动力工程及工程热物理、电气工程、材料科学与工程等多个学科的知识体系,给专业的建设和人才的培养带来一定的难度。虽然储能科学与工程专业已经过了几年的发展,但是其专业建设和人才培养模式仍在不断地探索和改进,且不同高校的课程体系、人才培养方向有所差异,呈现出各自的特点。本文汇总了部分高校在储能科学与工程专业课程体系建设、培养方向设置以及储能教学资源和平台建设等情况,总结了不同高校在储能领域人才培养的经验和思路,为该专业的建设与人才培养提供借鉴。

柔性相变材料制备与封装技术的研究及应用

面对全球能源需求不断攀升和生态可持续性的挑战,寻找高效的能源转换方法和发展节能技术变得至关重要。相变材料因其在固液转换过程中可以吸收和释放大量的潜热,已成为能量存储、温度调控和高效热管理领域的重要创新材料。柔性复合相变材料由于其能在变形条件下保持性能,被认为在未来智能设备和系统中具有重要应用前景。文中对柔性相变材料的研究进展、合成策略和功能化发展进行了深入探讨和评估。通过分析柔性相变材料在实际生活中的应用,阐述了在实现高效热管理和适应复杂应用环境方面的潜力和可能性,为柔性相变材料的未来发展方向和进一步探索提供了系统的理论指导。

通信基站空调的智能型综合节能系统研究

本文分析了基站空调能耗结构及其节能潜力,设计了包含新风系统、相变材料和自适应控制3种节能技术配合基站空调使用的智能型"3+1"综合节能系统方案。介绍了"3+1"综合节能系统总体结构,系统的工作过程,并分析了系统的节能效果以及经济性能,最后总结了系统优化存在的一些问题。

新型铁路空调客车空调装置的设计

分析了我国列车空调的现状,根据列车空调夏冬两季的热湿负荷,夏季和冬季两套空气处理过程,进行设备选型,选择单元式空调机组。提出冬季采用热泵采暖系统的优势,设计了一种新型铁路空调客车空调装置,并对装置进行了详细的说明。提出更加合理的送风方式,重点论述了运行管理方案。最后,指出目前列车空调设计上的不足,运行过程中存在的问题,并且有针对性的提出新的解决方案。

采用相变材料冷却的动力电池组的散热性能

使用石蜡/石墨相变复合材料设计了单体电池和电池组,开展了动力型镍氢电池组散热的实验。通过测定电池在不同电流下放电过程中的温度变化,研究和比较了分别采用相变冷却技术与空气换热冷却技术的电池散热效果;并初步优化了石蜡/石墨复合相变材料的质量配比。实验结果表明,在1C放电倍率下,采用相变材料冷却相对于空气自然和强制对流冷却,电池温升分别降低14～18℃以及9～14℃。石蜡与石墨质量配比在4∶1时,电池组冷却效果达到最佳。相变材料填充的电池经过充放电循环后,电池性能没有显著劣化。

动力电池热管冷却效果实验

基于对动力电池在大负荷运行模式下的产热行为分析,组装了一种采用热管式冷却的电池热管理系统。在空气自然对流、强制对流和热管冷却3种模式下,研究了电池模块中各电池在放电过程的温度变化趋势。结果表明,镍氢MH-Ni动力电池采用热管式冷却方式具有良好的冷却效果,可确保电池在最佳的工作温度范围内运行,并且具有拉平电池温度的能力。与自然冷却及强制对流冷却相比,在3728mA电流放电情况下,热管冷却方式使电池温升最多可以降低10℃左右;持续放电8min后电池温度也不超过43℃。

锂离子电池产热特性理论模型研究进展

本文根据近年来锂离子电池产热特性方面的研究,详细阐述了锂离子电池产热的基本原理,并总结了国内外锂离子电池产热模型的研究现状。重点针对电化学-热耦合模型、电-热耦合模型以及热滥用模型进行了详细综述,并在此基础上对锂离子电池热效应的研究和产热模型的建立进行了展望。

锂电池热管理中空气冷却效果的实验与模拟(英文)

把空冷方法用于商业磷酸铁锂电池以分析强化传热效果。对商用磷酸铁锂电池进行15～35A的放电测试,并根据实验数据对单一电池的温度分布进行了数值模拟。分析和模拟了空气横掠2个和3个电池情况下的冷却效果。实验和模拟的结果表明:在0～30A电流放电的情况下,空气冷却对电池热管理具有积极作用。在放电电流小于30A的情况下时,电池的最大温度低于50℃,但是电池间的温差仍然高于5℃。在放电电流大于30A的情况,仅仅通过空气冷却不能使电池和电池组内温度均匀分布,即不能满足电池散热的需求。

电池热管理用相变储能材料的研究进展

因环保和节能的需要,电动汽车必将成为未来汽车发展的重要方向。影响电池性能、寿命的热管理技术近年来发展迅速。电池热管理根据其传热介质分为空气冷却技术、液体冷却技术和相变材料冷却技术。本文根据近年来国内外对基于相变材料的动力电池热管理研究状况,综述了电池热管理相变材料的研究进展,重点总结了用于电池热管理的相变材料、PCM/高导热粒子、PCM/泡沫金属以及PCM用于电池热管理的形式。

添加无机粒子的P(VDF-HFP)-PMMA复合聚合物电解质的性能

研究了以PP/PE/PP(聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯)膜为支撑体,P(VDF-HFP)(聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯))-PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)为聚合物基体,与纳米级SiO2、CaCO3进行复合构成的聚合物电解质膜(CPE)的性能。借助X射线衍射、电化学阻抗、电池的首次充放电、倍率放电和充放电循环测试,考察了复合聚合物电解质CPE(SiO2)和CPE(CaCO3)的结构以及它们与LiFePO4正极材料、金属锂的相容性。结果表明:无机粒子的加入没有改变原来聚合物P(VDF-HFP)-PMMA非晶结构;两种电解质构成的电池的首次充放电性能相差不大,但是循环性能后者优于前者;LiFePO4/CPE(CaCO3)/Li构成的电池的倍率放电性能、放电容量和容量保持率均优于LiFePO4/CPE(SiO2)/Li电池;CPE(CaCO3)与LiFePO4、金属锂的相容性更好。

相变微胶囊流体相变化对自然对流的促进作用

基于一种潜热相变材料微胶囊非牛顿流体,填充在储热密闭矩形容器内下面加热上面冷却,其余各面绝热的条件为研究对象,通过数值模拟方法,对其相变化过程的自然对流热传递进行理论分析。为了确定相变材料的影响,对含有与不含相变材料微胶囊流体的传热过程进行数值对比计算。其潜热相变材料微胶囊非牛顿流体特性为:该流体在高质量浓度的相变化过程中,比热随温度急剧变化,同时,表现出拟塑性非牛顿流体特性,拟塑性流体的幂指数n=0.9。研究结果表明:该相变材料微胶囊流体,在相变过程中,加速了自然对流的启动,增强了其自然对流的强度,从而提高了其热传递效率;非牛顿流体促进了自然对流的发生。

纳米AlN/石蜡复合材料的制备及相变传热特性

针对石蜡作为固-液相变储能材料存在导热系数小、传热性能差的缺点,采用熔融浸渍法配备纳米AlN/石蜡复合材料。通过XRD、DSC(TG)、SEM、闪光法对材料表观形貌和热性能参数进行测试。结果表明,纳米AlN的添加使石蜡的熔点略有降低,导热系数在35℃时达到最大值,之后急剧下降,复合材料相变潜热减小,但材料整体性能稳定。

孤立系内热传导过程(火积)耗散的解析解

(火积)耗散与熵增均可以作为传热不可逆性的度量,当前(火积)理论的反对者认为(火积)是不必要的.为说明(火积)的必要性,从有效性的角度进行了论证,即在描述传热过程不可逆性的变化上,(火积)的严格解析解存在,而熵的严格解析解难以得到.本文构建了孤立系内的一维及多维热传导模型,求解了温度及其梯度的级数型解析解,将其代入(火积)耗散的求解式,得到其最初的形式为一多重级数的多重积分,交换积分与级数计算顺序,并利用特征函数的正交性,将(火积)耗散求解式中的积分运算求出,并使级数的维数降低,最终将其表示为一稳态项与一瞬态项加和的形式,其极限与文献中的结果一致.通过对孤立系内(火积)耗散解析解的求解可以得出:由于热传导过程熵与(火积)的解析解求解难度不同,在描述传热过程不可逆性变化上,(火积)更加有效;对于孤立系内不同维数的热传导问题,只要温度场解析解存在,(火积)耗散解析解均可以应用特征函数正交性求解得到.

环境友好型跨临界CO_2制冷工质的应用与研究进展

通过回顾CO2制冷工质的开发和应用历史,分析了这一环境友好型材料在替代CFC方面发展迟缓的原因,综述了采用跨临界循环系统的研究进展.对采用CO2为工质的汽车空调、制冷、热泵系统的应用情况进行了总结和评价,指出了目前研究的不足和今后的发展前景.

光催化技术对工业循环冷却水微生物灭活实验

设计了UV/镍网、镍网/TiO2以及UV/镍网/TiO2三种配置的光催化反应器,通过实验对比分析了三种配置下对大肠杆菌的灭活效果,结果表明:UV/镍网/TiO2对大肠杆菌菌体灭活率达到99.9%,明显高于灭活率分别为87.6%、60.4%的UV/镍网、镍网/TiO2。选取不同取水点,反应3h后,UV/镍网/TiO2对自然菌菌体灭活率均达到99.9%。光催化反应器对大肠杆菌和自然菌的灭活均遵循一级反应动力学。光催化反应1h后,水样中军团菌由阳性变为未检出,达到预期灭活效果。

光催化技术对工业循环冷却水微生物灭活实验研究

设计了UV/镍网、镍网/TiO2以及UV/镍网/TiO23种配置的光催化反应器,通过实验对比分析了3种配置下光催化反应器对大肠杆菌的灭活效果,结果表明:UV/镍网/TiO2对大肠杆菌菌体灭活率达到99.9%,明显高于灭活率分别为87.6%、60.4%的UV/镍网、镍网/TiO2。选取不同取水点,反应3h后,UV/镍网/TiO2对自然菌菌体灭活率均达到99.9%。光催化反应器对大肠杆菌和自然菌的灭活均遵循一级反应动力学。光催化反应1h后,水样中军团菌由阳性变为未检出,达到预期灭活效果。

固-液/气-液多相耦合热控技术应用研究进展

相变热控技术具有设备性能可靠、质量轻、耗能低等优点,在工业和学术界受到广泛关注。利用固-液相变恒温吸热和气-液相变超高导热特性,可实现多相耦合的高效储热传热过程。本文针对固-液/气-液多相耦合热控技术提出多相耦合概念,以典型相变材料和热管耦合系统为切入点,首先介绍相变及多相耦合的工作原理,归纳了两者之间的典型耦合方式:相变材料分别置于热管蒸发段、冷凝段、绝热段,或热管整体嵌入相变材料作为导热骨架;然后着重评述了目前国内外多相耦合热控技术用于电子器件冷却和电池热管理领域的研究进展,并对其他领域(如蓄热/冷)的应用现状进行总结;最后从材料改性、器件耦合、系统协同等角度提出当前面临的问题和未来发展方向。

废旧锂电池负极石墨失效机制及回收利用研究进展

为了满足可持续能源和绿色发展的需求,近年来锂电池市场持续增长,势头迅猛。然而,受限于一定的使用寿命,锂电池退役潮也随之来袭,废旧锂电池不仅会造成资源浪费还会产生严重的环境污染,因此废旧锂电池的回收是不可避免的问题。石墨具有成本低、储量丰富、能量密度高、功率密度大及循环寿命长等优点,是一种理想的负极材料,在锂电池负极材料中占据主导地位。目前关于电池回收的研究主要集中于正极材料中金属的回收,但负极材料的回收问题同样不容忽视。本文通过对近期相关研究的探讨,简单回顾了锂电池回收的现状,着重强调了负极石墨材料回收的必要性,介绍了负极部分的主要失效机制包括其对负极石墨材料所造成的影响和变化,总结了废旧锂电池负极石墨的特点。综述了近年来关于锂电池负极石墨材料回收相关研究进展,包括再生、改性及再利用等方面,指出了负极石墨回收所面临的挑战,并对未来锂电池负极石墨材料回收再利用技术提出了展望,以促进电池产业的可持续发展。

废弃聚苯乙烯塑料在环境与能源中的高值化应用进展

聚苯乙烯是塑料材料家族中的重要组成部分,它具有质轻、隔热、防水、廉价等一系列优点。由于它的化学稳定性优异,自然界很难将其直接降解,通常采用填埋或焚烧进行处理,不仅对环境造成了严重的污染,同时也是资源的严重浪费。近年来,由于化学及材料科学快速发展,针对废弃聚苯乙烯回收及高值化研究已经得到广泛关注。本文从环境和能源角度详细综述了近年来废弃聚苯乙烯高值化应用的研究进展,从废弃聚苯乙烯的高值化方式和产物出发分为以下三个主要部分:通过物理或化学手段将废弃聚苯乙烯塑料转化为高分子功能材料;作为模板剂或碳源制备多孔碳材料;将废弃聚苯乙烯塑料裂解为小分子有机物。

基于液体介质的电动汽车动力电池热管理研究进展

电动汽车在节能减排上具有很大的潜力和优势,但其性能受动力电池的制约,而温度又会影响电池的安全和寿命。因此,为保证电动汽车的综合性能,需配置合理的电池热管理系统。由于液体冷却具有较好的降温效果,采用液体介质对电池进行热管理近年来逐渐引起重视。本文介绍了基于液体介质的电池热管理基本原理,综述了液体介质应用于电池热管理的研究进展,并重点介绍了新型热管在电池散热方面的应用,同时指出了目前液体介质冷却电池时存在的一些问题。