固体氧化物燃料电池模式阳极内传输与电化学反应耦合机理

模式电极因其结构可控、电化学/化学反应活性位和物质传输路径明确等优势,被广泛应用于固体氧化物燃料电池新型电极研究.现有研究多采用模式电极研究新材料电化学特性、表界面催化反应机理等,尚未涉及几何结构对其内部传输与电化学反应耦合机理的影响,限制了模式电极的应用.本文建立了固体氧化物燃料电池阳极内电荷传输与电化学反应过程的格子玻尔兹曼模拟方法,明确了控制电极过程的关键无量纲参数及其对电极性能的影响规律,研究了模式阳极几何结构的影响机理.根据电极性能对无量纲参数的敏感程度,绘制了指导模式阳极设计与运行的相图,指出相图过渡区(电极性能随操作参数显著变化区域)为进行反应机理研究的最佳操作参数取值范围.同时,研究发现模式阳极电子导体内电子的快速迁移虽不限制阳极性能,其几何结构显著影响过渡区范围;离子导体内离子迁移为影响阳极性能的限速步骤,但其几何结构几乎不影响过渡区范围.本文的数值方法与机理研究结果可为固体氧化物燃料电池模式电极的设计提供重要理论依据.

纵向磁场下真空电弧中阳极烧蚀过程的实验及仿真研究综述

纵向磁场是用来控制真空电弧的一种有效方式,对于真空开关来说,阳极的烧蚀状态对于真空开关的成功开断有着重要影响。因此对纵磁作用下真空开关阳极烧蚀过程的实验及仿真研究现状进行了回顾,首先,总结分析了阳极模式的分类和阳极斑点形成理论。然后,从阳极表面温度、阳极熔化和熔池旋转运动、阳极斑点温度和阳极射流3个方面分别介绍了国内外阳极区域实验研究的现状,以便深入了解阳极活动这一复杂的物理现象。并根据建模仿真的不断发展,从阳极的一维热模型,到二维阳极熔池旋转MHD模型和二维阳极偏烧模型,再到阳极活动三维瞬态模型,分别介绍了各个模型的原理和主要的仿真结果。最后,通过仿真结果与实验结果的对比,讨论了现有纵向磁场下真空开关阳极活动实验及建模仿真研究存在的不足,并指明了今后需要进一步加强的研究方向。

印刷电路板预电离小TEACO_2激光器两种照射模式研究

通过使用印刷电路板预电离小TEACO2 激光器 ,研究了预电离过程中两种照射模式———照射阳极模式和照射阴极模式下 ,激光器注入能量和输出能量的关系。实验得出 ,在印刷电路板预电离小TEACO2 激光器中 ,两种照射模式的注入与输出曲线基本吻合 ,而照射阳极模式下印刷电路板预电离小TEACO2 激光器更具有潜力。

2/3匝线圈式纵磁触头大开距真空断路器分闸速度设计

合理设计纵磁触头真空断路器的分闸速度特性,可有效避免大电流开断过程中真空电弧阳极斑点的形成或缩短阳极斑点持续时间,显著提升断路器短路电流开断性能。然而,现阶段仍然缺乏线圈式纵磁触头真空断路器全行程分闸速度特性的量化设计方法。该文试验研究了电弧电流、分闸速度对2/3匝线圈式纵磁触头大电流真空电弧阳极放电模式演变的影响规律,获得了不同分闸速度下线圈式纵磁触头阳极放电模式图,据此提出线圈式纵磁触头分闸速度的量化设计方法:初始分闸速度v1应不小于其从强电弧模式演变为扩散态电弧模式的临界触头开距峰值所对应的分闸速度;平均分闸速度v2应不大于大开距活跃阳极放电模式形成的临界触头开距峰值所对应的分闸速度;同时,对比实际开断过程中触头间隙磁感应强度与阳极放电模式演变的临界纵向磁感应强度,可校验上述分闸速度特性设计的合理性,并能预测该纵磁触头以任一分闸速度开断任一短路电流时的阳极放电模式演变特性。应用上述方法,该文确定了126 kV单断口真空断路器的分闸速度特性设计值为v1=3.5 m/s、v2=3.0 m/s,并通过型式试验验证了断路器在上述分闸速度特性下的短路电流开断性能。

Fe-Cu-C颗粒耦合三维电芬顿反应器高效降解对硝基苯酚

通过一步热解工艺使用金属-树脂前驱体制备出具有双功能的铁-铜-炭黑(Fe-Cu-C)颗粒,并将其填充在三维电芬顿反应器中降解对硝基苯酚(p-NP)。在电场作用下Fe-Cu-C颗粒被极化,阳极到阴极流三维电芬顿反应器创造了一个局部酸性区域,促进了O_(2)通过2个电子还原生成H_(2)O_(2)同时催化H_(2)O_(2)为·OH的异相芬顿反应。三维电芬顿体系连续运行6 h, p-NP的平均去除效率为88%,平均COD降解效率超过76%,且降解效果稳定。此外,三维电芬顿体系具有抵抗由结垢引起颗粒电极失活的能力,且在较宽的pH范围内具有优异的处理效果,能耗约为0.089 kW·h/g。三维电芬顿体系通过双功能Fe-Cu-C颗粒电极耦合pH自调节的三维电芬顿反应器,实现了·OH的连续生成,用于废水的高效净化。

车用燃料电池系统阳极排气特性研究

基于阳极再循环模式,建立62kW车用燃料电池系统氢气系统集总参数模型。根据不同排放持续时间和排放周期制定8种排放策略,研究不同排放策略下阳极的进气流量、压力、引射器引射比和比例阀开度的变化规律。结果表明:在阳极脉冲排放过程中,排放持续时间从0.25s增至1.00s时,阳极气体流量、进气压力变化增幅均超过85%,但随着排放持续时间逐渐延长变化增幅逐渐趋于平缓;同时当排放持续时间延长,由于膜的湿润度降低,引射器引射比波动范围增大73.7%,且比例阀开度也会增大,但高频次、长时间排放会造成氢气的浪费,同时对比例阀等机械零件的寿命和精度有损害。因此在保证良好水管理的前提下,短时、长周期的排放策略有利于电堆高效运行。