LA-MA/陶粒相变储能材料热物性试验与分析

目的为拓宽相变材料在建筑节能领域中的应用,针对单一相变材料难以满足建筑热工性能要求的问题。方法以十二醇(LA)和十四酸(MA)为复合相变材料、页岩陶粒为载体,制备一种新型相变储能骨料。采用差式扫描量热仪(DSC)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG)等对相变储能骨料的热物性和不同封装方式下的相变循环稳定性进行分析。结果经复合后相变材料、相变储能骨料的相变温度和相变潜热分别为22.08℃、22.92℃和182.1J/g、22.33J/g。LA-MA复合相变材料和页岩陶粒之间仅存在物理嵌合关系,相变储能骨料在70℃以下未发生物质分解。苯丙乳液封装相变储能骨料在5℃~45℃范围内经历100次相变循环后,质量损失率为0.80%。结论LA-MA/陶粒相变储能骨料的热物性满足建筑节能要求,化学结构稳定,热稳定性好,具有优异的循环耐久性,可应用到建筑围护结构中,研究结论对相变储能材料在建筑围护结构中的应用具有参考价值。

钙镁二元盐复合材料的储热性能

水合盐热化学储热利用可逆的化学反应,能够在吸附与脱附过程中实现热量的释放与储存,其具有储热密度高、适合长期跨季节储热等优点,与太阳能相结合可以减少对化石能源的依赖。为探究两种不同多孔基底对钙镁二元盐复合热化学储热材料储热性能的影响,基于摩尔比为1∶2的MgCl_(2)与CaCl_(2)两种水合盐,本文对以微孔分子筛(13X)为多孔基底的MgCl_(2)/2CaCl_(2)复合材料和以介孔硅藻土(WSS)为多孔基底的MgCl_(2)/2CaCl_(2)复合材料的孔结构、平衡吸附量和循环稳定性等进行实验对比分析。采用蜂窝状储热单元的二维模型,对两种MgCl_(2)/2CaCl_(2)复合热化学储热单元的储/放热过程进行模拟对比分析。结果表明,与WSS相比,13X的孔隙更小、比表面积更大、平衡吸附量更高。由于MgCl_(2)/2CaCl_(2)的填充,两种复合材料的孔体积、比表面积、孔隙率较多孔基底均有所下降。受MgCl_(2)/2CaCl_(2)与多孔基底协同作用的影响,MgCl_(2)/2CaCl_(2)复合材料的平衡吸附量在整个相对湿度区间均有明显提升,Polanyi吸附势理论可以很好地描述MgCl_(2)/2CaCl_(2)复合材料的等温吸附线。WSS20储热单元的储热密度为371.94MJ/m^(3),可以持续输出20℃温升以上的空气198min,其放热功率和热回收效率均高于13X17储热单元。WSS20在循环47次后仍然保持完整的结构和良好的吸附量,而13X17在循环10次后发生破裂。综合储热密度和循环稳定性,WSS20更适合作为储热材料使用。

CaO/CaCO_(3)储能系统材料设计研究进展

为了解决CaO/CaCO_(3)化学储能系统中材料循环稳定性差、导热系数低、吸光性差的问题,从钙基原料的选择、复合材料中元素的掺杂、运行条件的调整等方面探讨了改善钙基材料性能的方法。结果表明:Al、Mn、Ti等元素的添加可以在材料内形成惰性氧化物,抑制烧结,提高材料的循环稳定性;掺杂具有较高导热系数的材料如Al_(2)O_(3)、MgO、SiO_(2)、ZnO,可以增强材料的导热性能;掺杂Mn、Cu、Fe、Co、Cr等元素能够提高材料的光谱吸收率。相关总结可以为热化学储能材料的设计提供参考。

基于三轴加卸载试验的花岗岩弹性模量变异与能量演化分析

为了研究岩体的变形特征和能量特征与其所处应力状态之间的关系,开展了5种围压下花岗岩的三轴循环加卸载试验.基于应力-应变曲线,计算了循环加卸载过程中花岗岩的弹性模量和能量密度,分析了应力状态对弹性模量及能量演化规律的影响.研究结果表明:轴向弹性模量随围压的增大而增大,随轴向应力的增大先增大后减小.轴向弹性模量与最大、最小主应力呈现良好的二次函数关系.随着围压的增大,能量密度与弹性能占比(弹性能与输入总能量之比)均显著增大,岩石储能能力提高;随着轴向应力增大,弹性能占比先增大后减小.弹性能占比减小阶段即岩石损伤加剧阶段,围压的增加延长了岩石的损伤演化过程.最后讨论了应力状态、岩石力学参数及能量状态的关联性.

不同围压三轴循环压缩下岩石的线性储能和耗能规律及损伤演化特征

为了研究岩石的能量分布规律及其围压效应,开展不同围压下的三轴循环压缩试验。基于所得应力-应变曲线计算不同应力水平下的峰前输入应变能、峰前弹性应变能和峰前耗散应变能。结果表明,不同围压下峰前弹性应变能和峰前耗散应变能与峰前输入应变能呈明显线性相关,从而得到三轴循环压缩下的线性储能和耗能规律。岩石三轴压缩储能系数与围压呈正相关,而对应的耗能系数则相反。利用线性储能规律,可以推导出岩石在三轴压缩作用下的峰值弹性应变能和峰值耗散应变能。此外,基于线性耗能规律分析了不同围压下岩石的损伤演化特征。

基于MXene纸的高容量钠离子电池性能优化研究

钠离子电池由于其较低的成本在储能领域具有广阔的市场前景,但其缺乏具有更高倍率和更长寿命的正极材料,这阻碍了钠离子电池的实际应用。磷酸钒钠(Na3V2(PO4)3,NVP)被认为是一种很有前景的正极材料,然而其电化学性能受到其较低的电子电导率限制,且在宽电压范围内循环稳定性较差。本文通过涂抹工艺制备了复合正极NVP-MXene,MXene纸与活性浆料紧密连接使复合电极的接触电阻变小,增加了电子转移通道,提高了复合电极的循环性能和倍率性能。NVP-MXene复合正极在1 C电流下循环100圈容量衰减仅为27%,同时也表现出了良好的倍率性能(5 C大电流密度的比容量下是1C电流密度下的85.7%)。本研究对钠离子电池正极的设计提供了新的思路,为磷酸钒钠在钠离子电池的实际应用提供理论指导。

储能模组失效分析及结构优化研究

目前行业内通过对锂电池模组循环特性的研究,确定影响模组循环性能的主要因素是模组膨胀力。经研究,发现了储能模组循环衰减特性的失效机理,并且通过改善储能模组结构能够大幅度减小模组膨胀力的增大和延长模组的循环寿命。首先,从失效机理上准确识别因果关系和相关关系;其次,提供一种电芯间泡棉尺寸及粘接位置的确定方法,从而优化储能模组结构设计。最后,以磷酸铁锂280 Ah电芯1并8串(1P8S)储能模组为研究对象,堆叠1并8串(1P8S)常规储能模组1-1、1并8串(1P8S)优化储能模组2-1进行对比实验。通过在环境温度25℃,循环制式为阶梯充电/0.5 C (140 A)放电的条件下进行模组循环测试。结果表明,优化储能模组2-1在充电末端的平均压差降低了24%,在放电末端的平均压差降低了37.7%;优化储能模组2-1在充电末端的平均温差降低了约5℃,在放电末端的平均温差降低了约6℃。且优化储能模组2-1的容量保持率曲线亦优于常规储能模组1-1。

储能库井筒水泥环最大载荷解析解研究

水泥环作为地下储能库工程井筒结构的薄弱部分承受着周期载荷,对井筒的安全性有重要影响。为研究注采井筒水泥环的最大承载能力,基于极限分析中的安定理论对井筒模型进行应力分析,得到交变应力作用下的水泥环最大载荷解析解max P_(inner)。结果表明:水泥环最大载荷的解析解max P_(inner)与水泥石的内聚力、内摩擦角、井筒几何尺寸和地层地应力等因素有关,工程师可据此设计特定的参数组合,在保证井筒正常运行的同时提高压裂效率,从而满足生产要求。

煤岩组合体的能量演化规律与破坏机制

为研究煤岩组合结构受压过程中的能量演化规律与破坏机制,对煤、岩石及3组煤岩组合体进行了单轴一次加载与循环加卸载试验,分析了煤岩组合体输入能密度、弹性能密度、耗散能密度以及弹性模量与单轴抗压强度等力学参数的演化规律,得到了不同试样的储能特性,基于煤岩组合体的力学响应、能量演化与变形破坏特征,建立并探讨了煤岩组合体破坏的能量驱动机制。结果表明:煤岩组合体峰前阶段的输入能密度、弹性能密度及耗散能密度随轴向应力的增加呈明显的非线性增长特征,峰前阶段的能量密度-应力曲线可分为压密段、弹性变形段和非稳定破裂发展阶段,整个过程储存在试样内部的弹性能较高,耗散能较少,试样达到屈服后,耗散能所占比例开始增加。煤岩组合体的单轴抗压强度与弹性模量介于纯煤和岩石试件中间,更接近于纯煤试件,随着岩石强度的增大,组合体力学性能稍有增强,但幅度有限,煤体是控制组合体强度等力学特性的主要因素。煤岩组合体破坏的能量驱动机制可概括为:煤岩组合体受压过程中,煤、岩开始不断储存弹性应变能,煤体储能速度快,内部弹性能达到其储能极限时,煤体率先发生破坏,破碎程度高,主要呈X状共轭斜面剪切破坏,破坏瞬间释放的能量传递至岩石,达到岩石的储能极限时,煤体中裂纹扩展贯通至岩石内部,在弹性能的驱动下岩石发生张拉破坏。

废弃矿井地下空间反季节循环储能研究

随着我国“碳达峰,碳中和”目标的提出,煤炭在一次能源消费结构中的比例逐步下降,关停矿井数量逐年增多。直接关闭或废弃矿井不仅造成巨大的资源浪费,还极有可能诱发一系列的安全、环境等问题,需要因地制宜的提出符合我国废弃矿井现状的剩余资源开发利用模式。基于此,系统梳理了国内外废弃矿井开发再利用现状,着重讨论了废弃矿井地下空间储能的利用模式,针对性的提出了废弃矿井反季节循环储能工艺系统,该系统充分考虑了废弃矿井地下空间资源、地热资源、水资源和地上可再生资源,通过在沉陷区布置太阳能和风能发电设备,为周边用户和整个系统提供电能,以井下恒温岩土体中的巷道群和采空区为储能空间,以矿井水为储能介质,通过太阳能集热和地热能资源为周边用户供热/制冷,在无需供热/制冷的季节将热能储存至矿井地下,实现反季节循环储能。阐述了废弃矿井地下反季节循环储能亟需突破的3个关键技术:多尺度空间热储评估方法、废弃矿井反季节循环储能井上井下整体优化设计方法以及反季节循环储能多源耦合的运行模式。最后,以京西王平村废弃矿井为例研究了该系统的节能减排效益,结果表明:与传统化石燃料相比,应用反季节循环储能系统供热制冷,每年可减排二氧化碳约2781.1 t。若加入太阳能、风能集热发电系统,节能减排效果将更加明显。应高度重视废弃矿井资源开发利用,加大废弃矿井资源开发利用科学问题的研究力度。相关部门和矿山企业应积极稳步推进废弃矿井绿色低碳开发利用,提高可再生清洁能源利用比例,实施碳排放总量和强度“双控”,为国家“双碳”目标的实现提供助力。

高径比对砂岩能量积聚与耗散试验及分析方法

为了探究高径比对岩石能量积聚与耗散的影响,利用RMT-150B岩石力学测试系统对同直径不同长度的砂岩试件进行了单轴压缩试验、单轴循环加卸载试验以及单轴分级加卸载试验。对比砂岩单轴压缩与单轴循环加卸载曲线发现,单轴压缩曲线近似为单轴分级加卸载曲线的外包络线,并且由于“硬化”作用单轴分级加卸载强度略高于单轴压缩。通过砂岩单轴循环加卸载下力学特性分析发现随着循环次数增多,残余变形逐渐减小,直至某次循环无残余变形产生砂岩出现非线性伪弹性体特征,继续承受加卸载作用非线性伪弹性体特性消失,残余变形再次出现,因此可以将残余变形演化规律归纳为:存在较大残余变形—残余变形逐渐减小—无残余变形—再次出现残余变形。基于砂岩弹性能的演化分析发现循环次数对弹性能的影响较小,即疲劳损伤对砂岩的弹性能影响较小,则可以假定单轴分级加卸载各卸载点的荷载与单轴压缩试验的荷载相等时,两者的弹性能也相等。利用单轴分级加卸载试验各卸载点的弹性能与单轴循环加卸载首次加卸载弹性能进行比较,验证了假设的正确性。进一步对不同高径比(L/D)下砂岩的单轴压缩试验进行能量分析,发现砂岩的弹性能演化服从线性储能规律。基于砂岩的单轴分级加卸载试验结合线性储能规律对同尺寸的单轴压缩试验进行能量演化分析,为砂岩单轴压缩的能量分析提供了新思路。研究表明:当荷载相等时砂岩储存弹性能与高径比成正比,与储能极限成反比。将提出的试验法与传统能量分析方法(利用公式计算得到弹性能)进行比较,发现提出的方法精确度高。基于耗散能演化规律进一步对不同高径比下砂岩的损伤进行了分析,发现砂岩损伤曲线呈非线性演化,并且荷载相等时高径比越大砂岩损伤程度越高。破裂时砂岩内部积聚的弹性能转化成破裂面表面能和碎块动能,储能极限与高径比大小成反比,因此当L/D≥2.0时主要呈单方向的剪切破坏,L/D<2.0时岩石主要为相对复杂的双剪切或圆锥形破坏,并且进一步从能量角度对钻孔卸压进行了讨论。

原料配比对聚苯胺/氧化石墨烯复合材料储能的影响

以苯胺(ANi)为单体,过硫酸铵(APS)为氧化剂,氧化石墨烯(GO)为模板,调节ANi与GO原料质量比从0.5到100,采用原位聚合法制备了一系列不同组分含量的聚苯胺/氧化石墨烯(PANi/GO)复合材料。采用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射谱、扫描电镜和循环伏安法对制备复合材料的结构、微观形貌和循环伏安性能进行了研究,着重考察了原料配比对PANi/GO复合材料结构、微观形貌及能量存储的影响。研究表明:ANi单体成功原位聚合在GO表面上;ANi/GO质量比对PANi/GO复合材料的比电容影响明显;随着ANi/GO质量比的增加,所制备复合材料的比电容先增加后减小。当ANi/GO质量比为10、扫描速率为10 m V·s^(–1)时,复合材料的比电容达到最大值162.2 F·g^(–1)。

循环加卸载条件下煤岩组合体力学响应及能量演化规律

为研究煤岩组合体在外载荷作用下的力学响应及能量演化规律,设计了纯煤、煤岩组合体和纯岩试件单轴循环加卸载试验,分析了不同试件单轴抗压强度和弹性模量等力学响应特征,深入研究了煤岩组合体输入能密度、弹性能密度和耗散能密度演化规律,得到了不同试件的弹性能储存速率及储能能力的特性,建立并探讨了煤岩组合体能量破坏机理。结果表明:①煤岩组合体的力学参数更接近纯煤试件,其力学特性主要受煤体影响;②随外载荷增加,煤岩组合体输入能、弹性能和耗散能呈明显非线性增加趋势,其中弹性能占比远高于耗散能;③煤岩组合体能量破坏机理为外载荷作用使煤体和岩体同时开始储存弹性能,由于煤体弹性能储存速率较快,其内部弹性能率先达到储能极限,导致煤体破坏并向岩体释放弹性能,当达到岩体的储能极限时,岩体发生破坏。

压气储能平江试验库受力特性数值研究

为了解压气储能地下储气库的受力特性,以拟建中的湖南平江压气储能地下花岗岩试验库为研究对象,基于FLAC3D平台,采用热力耦合数值分析方法,对平江压气储能试验库在温度和压力循环作用下的受力特性进行了深入研究。研究成果表明,试验库在内部空气压力及温度循环作用下,密封层、混凝土衬砌及围岩的温度、位移及应力变化呈现显著的周期性特点;循环荷载对洞壁附近位置测点的温度、位移及应力影响比远离洞壁位置处测点温度、位移和应力的影响程度要大,远离洞壁处的围岩温度与试验库内的空气温度之间存在滞后性;考虑温度应力条件下,测点位移及第一主应力比不考虑温度应力时要大,且循环次数越多,数值差越大。

压气储能地下储气库围岩累积损伤特性数值研究

压气储能电站地下岩穴储气库围岩在循环运行工况下累积损伤效应明显。为研究大规模地下储气库围岩的累积损伤特性,基于损伤理论和FLAC3D软件平台,二次开发了适用于大规模地下储气库循环加卸载条件下的累积损伤分析程序,并对程序正确性进行了验证。在此基础上,研究了储气库截面型式、洞室埋深和运行下限压力等因素对储气库围岩累积损伤特性的影响。研究表明:①储气库截面型式、洞室埋深和运行下限压力都对储气库围岩变形参数损伤影响较显著,且储气库竖直方向损伤深度都大于水平方向损伤深度;②损伤区内围岩变形参数的损伤程度和损伤变量随着洞室埋深或运行下限压力的增加而减小;③对于相同截面型式的储气库,埋深和运行下限压力不同时,储气库围岩损伤区内同一测点位置的损伤变量或变形参数差值随着循环次数的增加逐渐增大。大规模地下储气库围岩累积损伤特性对全面分析储气库的安全稳定性不可以忽略。

锂离子电池负极材料的制备及应用进展

锂离子电池作为最具开发应用前景的新型储能材料,不仅具有安全、高效、对环境无污染的优点,而且具备相对质量轻、工作电压高、能量密度大、循环寿命长等一系列优势,已成为新型能源领域的研究热点。综述了锂离子电池负极材料中碳基负极材料、硅基负极材料、锡基负极材料和金属锂负极材料的合成、性质,以及在材料的结构设计、制备工艺等方面的研究进展。

基于循环蓄能技术的车辆辅助电子系统设计与研究

能量循环利用是汽车电子产业发展的主要研究方向之一,基于车辆发动机工作原理为辅助设备(如制冷系统和液压泵)提供动力,从而降低车辆燃料消耗,达到节能的效果。车辆再生辅助动力系统(Regenerative auxiliary power System,RAPS)以货车为研究对象,通过增加一个额外电池,将车辆变为混合动力车。为了追求较高的总体效率,设计了一种整体控制器,用于确定如何以及何时为电池充电,同时将辅助系统的功耗降至最低。研究结果表明,与传统服务车辆的燃油消耗相比,提出的RAPS可节省约7%的燃油。

TiO_(2)改性的CaCO_(3)热化学储热的反应性能

CaCO_(3)/CaO热化学储热体系在清洁能源发电领域具有广阔的应用前景,有助于尽早实现碳达峰、碳中和。本文通过物理混合法制备了掺杂TiO_(2)的CaCO_(3)/CaO复合储热材料,系统研究了TiO_(2)掺杂对CaCO_(3)/CaO循环稳定性和储/放热过程中反应性能的影响。实验结果表明:在掺杂摩尔比为100∶2.5(Ca∶Ti)时,复合材料展现出了最佳的循环稳定性,15次循环后的转换率为对照组的1.65倍。表征结果显示,最佳掺杂比例的CaCO_(3)-TiO_(2)复合储热材料具有更小的粒径和更发达的孔隙,因而在循环过程中具备更好的抗烧结能力。在碳酸化放热过程中,CaCO_(3)-TiO_(2)-2.5在高温区(750℃和800℃)有更高的反应转换率和放热/储热焓值比例,但由于复合材料中CaCO_(3)的含量下降,其储热、放热的焓值有所下降。此外,在等温储热分解过程中,N2气氛下TiO_(2)掺杂可提升反应速率、减少反应时间;CO_(2)气氛下TiO_(2)掺杂可降低起始分解温度,促使反应更早开始与结束。而在非等温储热过程中(10℃/min),CO2气氛下TiO_(2)掺杂可将纯CaCO_(3)的起始分解温度从897.16℃降至870.92℃。综上,TiO_(2)改性对CaCO_(3)/CaO储热技术的实际应用具有深远意义。

循环载荷作用下混凝土预制裂纹断裂特性试验研究

以改造废弃巷道作为压缩空气储能系统,研究改造后巷道混凝土衬砌在循环拉应力作用下的稳定性o利用MTS-816岩石伺服试验系统对预制切口混凝土梁在循环载荷作用下的断裂特征进行了研究。首先,进行了单调加载条件下的三点弯曲试验,获得平均破坏载荷和平均断裂韧度。然后,进行了循环载荷试验,并计算断裂韧度。研究表明:当上限载荷比为0.8,循环载荷作用下的峰值COD(裂纹开口位移)变化可分为减速扩展阶段、等速扩展阶段和加速扩展阶段;当上限载荷比小于0.8,循环载荷作用下的峰值COD经过减速扩展阶段和等速扩展阶段的发展后,进入停滞扩展阶段,COD不再增加,裂纹不再扩展;混凝土断裂韧度的衰减与循环载荷的上限载荷有关,当上限载荷比从0.6提高至0.8时,断裂韧度衰率从0.8%增加至12.7%,断裂韧度衰减显著,反之则不超过0.8%,基本无衰减。

二维等围压压缩下花岗岩的能量存储和耗散特征试验研究

为了研究深部岩石在二维等围压压缩下的能量存储和耗散特征,对两种高宽比(1:1和2:1)的长方体花岗岩试样进行了五种围压下的一次加卸载压缩试验。利用图形积分方式获得了试样在五种围压下的轴向和侧向的输入能密度、弹性能密度和耗散能密度的值。试验结果表明:两种高宽比下试样的三种能量密度参数值随着围压的增加而非线性增加,呈现二次多项式函数关系;在二维等围压压缩下,发现了轴向和侧向上的线性储能规律。根据轴向和侧向上的线性储能规律,可以计算花岗岩在具体围压下轴向、侧向以及总的弹性能密度的值。此外,当高宽比从1:1增加到2:1时,侧向压缩储能系数增加,相应的轴向压缩储能系数降低,而总的压缩储能系数与高宽比无关。