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关键词： 制氢   碘硫循环   硫酸分解器   数值模拟   结构设计  

摘要： 硫酸分解是影响热化学碘硫循环制氢效率的关键环节。通过数值模拟方法设计了一款满足1 Nm3/h制氢量要求的中试规模的刺刀式硫酸分解器。首先设计实验测定了Fe2O3催化剂的反应动力学参数，指前因子和活化能分别为1.439×107s-1和125.63 kJ/mol。然后对三种结构形式的硫酸分解器进行模拟对比研究。结果表明，刺刀式硫酸分解器中“半截面积”内管形式具有比“半直径”形式更强的传热效果，能够将分解器预热段长度减少43.27%，达到相同分解率时催化剂用量降低23%。而结构三在“半截面积”内管形式基础上向预热段填充SiC小球，进一步优化了预热段传热效果，预热段长度可减少70.51%，且因填充SiC小球带来的压降和能耗增加值较小。对比发现，结构三的预热段长度为870 mm，催化分解段长度为333 mm时具有最好的经济性能，此时SO3催化分解率达到73.73%，对应1.2288 Nm3/h的H2理论产率。在分解器外壁面加热温度降低到860 ℃时，SO3分解率降为60%，恰好对应1 Nm3/h的H2理论产率。该研究可为中试规模硫酸分解器的设计提供参考。

关键词： 直流微电网   协同控制   制氢   海水淡化   电压控制  

摘要： 为挖掘直流微电网多负荷调压能力，提出了一种可实现多种可控负荷参与母线电压调节的控制策略，该控制策略首先通过研究海水制氢和海水淡化两种可控负荷的负荷特性，基于协同控制理论分别设计了电解槽和高压泵负荷控制器的宏变量。然后，推导二者主动参与母线电压响应的协同控制规律，将电解槽功率、高压泵转速与母线电压联系起来，使得可控负荷在系统扰动时能够对母线电压波动进行响应，配合超级电容实现母线电压控制。此外，建立所提策略的直流微电网小信号模型分析系统稳定性。最后，以独立直流微电网为例进行仿真，结果表明，该策略中可控负荷能够快速响应母线电压变化，有助于改善系统动态特性，且减少了系统扰动后的母线电压波动，提高了微电网稳定性。

关键词： 制氢   复合催化剂   水气变换反应   吸附强化   CO   扩散   烧结   稳定性  

摘要： 吸附强化水气变换反应(SEWGS)是实现高纯氢制备及二氧化碳(CO2)减排的关键反应之一。SEWGS借助复合催化剂将水气变换反应(制氢)和原位移除CO2反应(脱碳)耦合，打破热力学限制使反应平衡向制氢侧移动。SEWGS具有一步制取高纯氢气的特点，但复合催化剂在连续操作过程中由于烧结和CO2扩散受阻存在循环稳定性下降的问题，进而影响制氢速率。本文阐述了高温Ni/CaO基复合催化剂吸附强化制氢的研究现状，简述了Fe/CaO基复合催化剂SEWGS制氢面临的主要问题，回顾了中温Cu/MgO基和Cu/类水滑石基复合催化剂的SEWGS制氢现状及现阶段的核心问题。从复合催化剂的催化组分和吸附组分角度，分析了SEWGS制氢过程中复合催化剂循环稳定性降低的原因，简述了现阶段最有效的改性手段。进一步从增强CO2扩散和改善烧结角度入手，围绕复合催化剂设计、操作条件和床层装填方式等方面探讨提高复合催化剂循环稳定性的策略。指出设计开发组成简单、易制备、兼具高活性和高稳定性的复合催化剂实现制氢和脱碳耦合是今后SEWGS制氢的研究方向。

关键词： 光电催化   偶氮染料   印染废水   改性TiO_(2)   掺杂  

摘要： 偶氮染料(AZO)是一类难被生物降解的水溶性高分子有机物,近些年来,由于良好的染色性能被广泛应用于印染等相关行业,但AZO废水一旦排入自然水体将会造成重大的环境污染问题。本文主要介绍了不同类型的改性TiO_(2)对AOZ废水的处理效果并分析了作用原理,对比分析了单一TiO_(2)与改性TiO_(2)的优缺点,积极探索改性TiO_(2)催化剂的催化机理,解析金属和非金属掺杂在其中的具体作用,为今后更加精准地控制掺杂金属或者非金属比例、提高催化剂效率提供科学依据和技术支持。

关键词： 制氢   光伏   变流器   双环控制  

摘要： 变流器是实现光伏发电适用于制氢系统的重要器件,因此,研究变流器相关技术具有十分重要的使用价值和理论意义。该文研究了光伏制氢变流器及双环控制方法。首先,根据光伏制氢系统要求分别计算Boost电路和Buck-Boost电路的元件参数。然后,设计了光伏发电模块的控制回路,通过控制Boost电路中IGBT的导通和关断来升高光伏阵列的输出电压,使其能够达到最大功率点。设计基于电流环和电压环相结合的双环控制策略,控制电路中开关的导通和关断,保证系统输出电压和功率的稳定。储能模块的控制回路通过控制Buck-Boost电路中IGBT的导通和关断,实现蓄电池的充电和放电使得母线电压保持稳定。蓄电池的控制回路采用双环控制,使得光伏制氢系统的控制精度更高。完成设计后搭建光伏制氢系统仿真模型,观察系统在不同情况下的输出波形,验证设计的可行性。

关键词： 固体氧化物电解池(SOEC)   制氢技术   电解池性能   制备成本   固体氧化物燃料电池(SOFC)   储能电池   清洁能源  

摘要： 固体氧化物电解池(SOEC)可以高效、清洁地与可再生能源进行耦合并将其转化为化学能,是一种高效、环保的能量转化装置,但是存在长期运行性能衰减问题,这个问题也是固体氧化物电解水制氢实现大规模商业化的关键所在。本文简要介绍了SOEC的发展历程、类别及其组成和运行原理;详细阐述了该项技术的优、缺点及运行成本;重点对SOEC性能衰减的因素进行了分析,SOEC的组成、运行模式、连接板材料及运行条件等是造成性能衰减的主要因素;最后通过论文和专利数量分析了固体氧化物电解池的研究现状和未来发展趋势,认为虽然固体氧化物燃料电池(SOFC)发展较为成熟,但迫于目前环境需求,为了充分利用清洁能源,降低碳排放,SOEC制氢技术的大规模商业化必然是未来行业的发展方向,目前SOEC性能的稳定及低成本制备是该技术发展面临的主要问题。

关键词： 氢能   制氢   氢储运   燃料电池  

摘要： 研究发展新型低碳能源产业链是推动碳中和进程、保障能源安全的重要途径之一。本文以WOS数据库26169篇文献为数据源,借助CiteSpace构建“氢能产业链”研究知识图谱,分析全球氢能源及产业链研究演进、研究热点以及前沿趋势,并结合国内氢能源产业发展建设情况进行分析。结果表明:全球对氢能源产业的研究关注度日益提升,中国、美国、日本、韩国、西欧等能源消耗大国及经济体量大国是该领域的研究地区,中国在研究数量、研究人员、研究影响力方面处于领先地位。同时,本文从制氢、氢储运、加氢(站)、氢燃料电池全产业链出发,分析中国氢产业现有技术水平和主流应用方式。但中国目前实际氢能源产业链相对落后,受制于技术难题、成本等制约因素,氢能源产业发展市场化、规模化发展不足,需要政府、企业、社会多方发力,协调推动产业链构建。

关键词： 光催化剂   双p-n结   隧穿结   光解纯水   制氢  

摘要： 目的在纳米光催化制氢反应中,传统单p-n结催化剂受限于禁带宽度,仅能吸收太阳光谱特定区域的光子,对太阳能的利用效率不高。为提高催化剂对太阳能的利用效率,研究制备了一种高活性的光解纯水催化剂。方法受多结太阳能电池的启发,采用简单的浸渍法,将禁带宽度不同的半导体材料p-n结按照禁带宽度由低向高的叠加连接,制得一种新型多结纳米光催化剂,并用XRD、XPS、TEM技术对催化剂的结构进行表征。结果多结纳米光催化剂进行光解纯水制氢反应3 h后,产氢量为15.53μmol,是传统单p-n结催化剂的93倍。结论该结果为合成更稳定的多结纳米光催化剂,实现高效的太阳能转换提供了新的方向和思路。

关键词： 纳米材料   复合材料   催化剂   制氢   尿素氧化  

摘要： 为设计高效、廉价和耐用的催化裂解水制氢电催化剂,合成了Ni_(3)S_(2)纳米线@NiCo-LDH纳米复合材料(Ni_(3)S_(2)@NiCo-LDH)。结果表明,该复合材料具有大量的活性位点,表现出很好的电催化制氢性能。在含有尿素的KOH电解液中,Ni_(3)S_(2)@NiCo-LDH电极材料仅需1.373 V就能达到10 mA/cm~2的电流密度。在双电极体系Ni_(3)S_(2)@NiCo-LDH//Pt中,电流密度为10 mA/cm~2时电压仅为1.463 V。因此,Ni_(3)S_(2)@NiCo-LDH纳米复合材料是一种优良的新型催化水解产氢电催化剂。

关键词： 密度泛函理论   共吸附   光电催化   还原反应   电催化反应   光电阴极   原子尺度   光生电子  

摘要： 无金属类石墨烯结构碳基催化剂已被证明在促进光和电催化反应方面非常有效.在此,在恒电势模型(CPM)框架下,我们计算探索了所提出的新型二维BC_(4)N结构的材料和催化性能,以促进光电催化(PEC)N_(2)还原(NRR).结果表明,BC_(4)N作为光电阴极能够高效地捕获可见光和紫外光,光生电子可以提供U_(e)=-1.07 V的电势,这足以克服在电解质水溶液中发生的PEC NRR的电势限制步骤.此外,还发现共吸附反应中间体在介导/促进NRR生成NH3方面起着重要作用.从头算分子动力学模拟表明,质子耦合电子转移可以与分子间氢转移发生相互作用,使NRR机制在原子尺度上更加复杂.我们还讨论了CPM和领域内广泛使用的恒电荷模型之间的潜在差异.本研究为无金属半导体材料近真实条件下驱动光辅助PEC NRR的工作机制提供了基本见解.