MOFs储氢应用于船舶燃料电池电力推进系统的研究

发布时间：2023-10-29 13:00

　　氢燃料电池是可再生能源动力船舶理想的能量储存方式,但缺乏与能量密度和船舶基本载荷变化特点匹配的储氢技术。金属有机骨架材料(MOFs)因其具有孔结构易于调整以及表面易于修饰的特点,在固体吸附尤其是低温吸附储氢领域得到了广泛研究,但仍未见到有关于MOFs储氢在船舶上应用的研究报道。为了分析MOFs储氢在船舶燃料电池电力推进系统中的适用性,本文通过巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟计算确定氢在MOFs孔内的吸附相态,并由修正的非定域密度泛函理论(NLDFT)求解MOFs的吸附相比容,确定出影响MOFs低温吸附储氢的主要因素,完成储氢用MOFs的筛选、制备及其放氢性能测试,并针对船舶在典型航行工况下,开展MOFs低温吸附储氢系统与燃料电池间的匹配性实验。主要工作如下:由于MOFs的种类繁多,因此首先需要分析影响氢在MOFs上吸附行为的主要因素,筛选出适宜储氢的MOFs。为此,以GCMC模拟作为理论分析工具,选择MOFs晶体数据库中的21种典型MOFs,在确定MOFs的晶体密度、比表面积、比孔容积以及占空比等表征参数后,在-196℃、10MPa下,进行氢在MOFs上吸附的GCMC模拟;结果表明,轻质...

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号表
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状
        1.2.1 燃料电池船舶与储氢方式
        1.2.2 MOFs储氢现状
    1.3 本文的研究内容与创新点
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
        1.3.3 特色与创新
第2章 MOFs储氢行为的分析与比较
    2.1 引言
    2.2 MOFs结构
    2.3 GCMC模拟
        2.3.1 势能模型与参数
        2.3.2 理论模型
        2.3.3 镜像晶胞与模拟简化
        2.3.4 热力学性质的统计
        2.3.5 对比验证
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 影响MOFs储氢的因素分析
        2.4.2 MOFs的筛选
        2.4.3 吸附相态的讨论
    2.5 小结
第3章 MOFs的制备、结构分析与PSD计算
    3.1 引言
    3.2 MOFs晶体的制备
        3.2.1 MOFs合成方法
        3.2.2 IRMOF-1 的制备与活化
        3.2.3 MIL-101 的制备与活化
    3.3 MOFs的结构分析
        3.3.1 晶体结构
        3.3.2 微观形貌
        3.3.3 热重分析
        3.3.4 氩的吸附等温线
    3.4 NLDFT改进算法预测MOFs的 PSD
        3.4.1 基本理论
        3.4.2 PSD计算过程
    3.5 小结
第4章 氢在MOFs上的吸附平衡与稳定性测试
    4.1 引言
    4.2 氢气的吸附等温线
        4.2.1 低压下氢气的吸附数据测试
        4.2.2 高压下氢气的吸附数据测试
    4.3 氢在MOFs上的吸附平衡分析
        4.3.1 极限吸附热
        4.3.2 绝对吸附量与等量吸附热
    4.4 MOFs的稳定性实验
        4.4.1 稳定性测试过程
        4.4.2 MOFs的选择
    4.5 小结
第5章 MOFs储氢与船舶燃料电池电力推进系统的匹配实验
    5.1 引言
    5.2 船舶燃料电池电力推进系统实验平台设计
        5.2.1 船舶燃料电池电力推进系统构建方案
        5.2.2 原型船及系统工作模式
    5.3 船舶燃料电池电力推进系统实验平台构成
        5.3.1 氢燃料电池电力推进实验台
        5.3.2 充放氢实验台
    5.4 实验方案
        5.4.1 放氢动力学特性测试
        5.4.2匹配性实验
    5.5 实验结果与分析
        5.5.1 放氢动力学特性测试结果与分析
        5.5.2 匹配性实验结果与分析
    5.6 小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录
在学期间发表的学术论文



本文编号：3858126