功能材料的设计及其电容混合盐差发电性能研究
发布时间：2021-06-12 02:57
作为海洋能（也称蓝色能源）的重要分支之一,盐差能,即两种不同浓度的盐溶液混合释放出来的吉布斯自由能,一般指入海口处河水与海水混合产生的能量,是一类潜力巨大但尚待开发的可再生能源。基于电化学电容器的电容混合技术是一项新兴的低成本的盐差发电技术——浓盐水和稀盐水交替流过电容混合器件的内部流道,使得离子与电极材料发生相互作用,引发电压和电流响应,从而把盐差能转变为电能。目前,基于双电层理论的对称/不对称双电层电容器和利用离子交换膜的膜电容器都能简单有效地实现盐差发电,然而,它们的盐差发电性能亟待提高。针对这一问题,本论文通过设计新型器件结构和新型功能化电极材料,大幅度提高了电容混合技术的盐差发电性能,助推和引领该技术的快速发展。主要研究内容和结论如下:（1）提出了杂化电容混合技术—一利用电池型Na4Mn9〇18（NMO）电极和电容型活性炭（AC）电极组成无膜杂化电容器用于盐差发电。电化学测试结果发现:电解液浓度对电极材料的电化学性能影响显著。20mM替换500mMNaCl溶液时,NMO电极和AC电极的开路电势分别下降89 mV和升高55 mV。NMO//AC杂化电容器的浓差响应电压可达110...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１摩擦纳米发电机??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｎａｎｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ［６］??
?部转化为电能，其电功率将达到１ＴＷ，相当于一千座核电站［９：＞。除了河水和海水，盐差??能的来源也可以扩展到淡水和盐湖水（例如死海），淡水和海水淡化系统排出的废水等。??如图１．２所示，淡水和死海之间蕴藏的盐差能是淡水和海水之间的约１９倍（按流体的单??位体积计算）；中国的长江与海水汇合输出的理论电功率为２２９０ＭＷ［６，１Ｑ］。??２０世纪５０年代以来，盐差发电技术纷纷涌现，但因为性能、成本和其它相关技术??问题，至今都未实现商业化，仍处在实验阶段。目前主流的盐差发电技术有渗透压能技??术（ｐｒｅｓｓｕｒｅ－ｒｅｔａｒｄｅｄ?ｏｓｍｏｓｉｓ，?ＰＲＯ）?［１１－１３］，反电渗析技术（ｒｅｖｅｒｓｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ，?ＲＥＤ）??［６，１４＿１７］和化学电源混合技术（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｍｉｘｉｎｇ，ＡｃｃＭｉｘ）?［１８＿４８］。渗透压能技术利用只允??许水分子通过的半透膜，使河水在渗透压的驱动下向海水流动，从而驱动叶轮机发电。??－２?－??
Ｕ．２反电渗析技术??与渗透压能技术不同的是，反电渗析是直接将盐差能转化为电能，而不需要机械能??为中介。反电渗析单元如图１．４所示，浓盐水和稀盐水由阴阳离子交换膜隔开。因为离??子交换膜可以阻拦同名离子并允许带相反电荷的离子通过，所以，浓盐水中的阴阳离子??会在渗透压的驱动下自发地分别经由ＡＥＭ或ＣＥＭ进入两侧稀盐水中。阳离子向左侧??聚集，而阴离子向右侧聚集，由此形成了离子流。两侧电极通过外电阻形成回路后，离??子流就会引发电子的流动，形成电流。目前，研究人员主要针对离子交换膜、隔板和电??极、运行环境和膜污染等方面在进行研宄［６］。??如图１．５所示，利用人工河水和海水（空心圈叫进行发电渗析法发电所得到的功??率密度超过２?ＷｎＴ２。然而反电渗析技术发展的最大阻碍和渗透压能技术一样，也是膜??污染等问题。这一问题非常严峻，因为膜污染可能使产能量缩减６０％之多。一般的解决??方法是对海水进行预处理，滤掉对膜有损害的化学物质和微生物。可是这一方案增加了??系统成本。据估计
【参考文献】：
期刊论文
[1]反电渗析法盐差能发电用离子交换膜研究进展[J]. 邓会宁,何云飞,胡柏松,冯妙. 化工进展. 2017(01)
[2]海水淡化技术应用研究及发展现状[J]. 郑智颖,李凤臣,李倩,王璐,蔡伟华,李小斌,张红娜. 科学通报. 2016(21)
[3]室温钠离子储能电池电极材料结构研究进展[J]. 潘慧霖,胡勇胜,李泓,陈立泉. 中国科学:化学. 2014(08)
[4]电容去离子脱盐技术:离子交换膜复合活性炭电极的性能[J]. 刘红,王刚,王六平,董强,于畅,邱介山. 化工学报. 2012(05)
硕士论文
[1]基于压力延迟渗透原理的盐差能发电技术研究[D]. 贾红星.中国海洋大学 2014
本文编号：3225807
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１摩擦纳米发电机??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｎａｎｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ［６］??
?部转化为电能，其电功率将达到１ＴＷ，相当于一千座核电站［９：＞。除了河水和海水，盐差??能的来源也可以扩展到淡水和盐湖水（例如死海），淡水和海水淡化系统排出的废水等。??如图１．２所示，淡水和死海之间蕴藏的盐差能是淡水和海水之间的约１９倍（按流体的单??位体积计算）；中国的长江与海水汇合输出的理论电功率为２２９０ＭＷ［６，１Ｑ］。??２０世纪５０年代以来，盐差发电技术纷纷涌现，但因为性能、成本和其它相关技术??问题，至今都未实现商业化，仍处在实验阶段。目前主流的盐差发电技术有渗透压能技??术（ｐｒｅｓｓｕｒｅ－ｒｅｔａｒｄｅｄ?ｏｓｍｏｓｉｓ，?ＰＲＯ）?［１１－１３］，反电渗析技术（ｒｅｖｅｒｓｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ，?ＲＥＤ）??［６，１４＿１７］和化学电源混合技术（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｍｉｘｉｎｇ，ＡｃｃＭｉｘ）?［１８＿４８］。渗透压能技术利用只允??许水分子通过的半透膜，使河水在渗透压的驱动下向海水流动，从而驱动叶轮机发电。??－２?－??
Ｕ．２反电渗析技术??与渗透压能技术不同的是，反电渗析是直接将盐差能转化为电能，而不需要机械能??为中介。反电渗析单元如图１．４所示，浓盐水和稀盐水由阴阳离子交换膜隔开。因为离??子交换膜可以阻拦同名离子并允许带相反电荷的离子通过，所以，浓盐水中的阴阳离子??会在渗透压的驱动下自发地分别经由ＡＥＭ或ＣＥＭ进入两侧稀盐水中。阳离子向左侧??聚集，而阴离子向右侧聚集，由此形成了离子流。两侧电极通过外电阻形成回路后，离??子流就会引发电子的流动，形成电流。目前，研究人员主要针对离子交换膜、隔板和电??极、运行环境和膜污染等方面在进行研宄［６］。??如图１．５所示，利用人工河水和海水（空心圈叫进行发电渗析法发电所得到的功??率密度超过２?ＷｎＴ２。然而反电渗析技术发展的最大阻碍和渗透压能技术一样，也是膜??污染等问题。这一问题非常严峻，因为膜污染可能使产能量缩减６０％之多。一般的解决??方法是对海水进行预处理，滤掉对膜有损害的化学物质和微生物。可是这一方案增加了??系统成本。据估计
【参考文献】：
期刊论文
[1]反电渗析法盐差能发电用离子交换膜研究进展[J]. 邓会宁,何云飞,胡柏松,冯妙. 化工进展. 2017(01)
[2]海水淡化技术应用研究及发展现状[J]. 郑智颖,李凤臣,李倩,王璐,蔡伟华,李小斌,张红娜. 科学通报. 2016(21)
[3]室温钠离子储能电池电极材料结构研究进展[J]. 潘慧霖,胡勇胜,李泓,陈立泉. 中国科学:化学. 2014(08)
[4]电容去离子脱盐技术:离子交换膜复合活性炭电极的性能[J]. 刘红,王刚,王六平,董强,于畅,邱介山. 化工学报. 2012(05)
硕士论文
[1]基于压力延迟渗透原理的盐差能发电技术研究[D]. 贾红星.中国海洋大学 2014
本文编号：3225807
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