金属盐—有机溶剂—水体系电导性和电转换性研究

发布时间：2020-06-10 15:36

【摘要】：自然界和工业生产中存在种类丰富、数量巨大的低品位热能(例如工业余热、太阳能、地热能等)。本课题组将逆电渗析(Reverse electrodialysis,RED)法盐差能发电技术与低温多效蒸馏技术相结合,提出一种由低品位热能驱动的闭式热-电转换技术。借助工作溶液浓度的不断转化,首先利用低温多效蒸馏技术实现低品位热能向溶液盐度梯度能(Salinity gradient energy,SGE)的转换,然后利用逆电渗析技术实现SGP向电能的转换。流出RED电池堆的废液会被导回到发生器中进行再生。如此循环,实现持续热-电转换。工作溶液是影响该闭式热-电转换系统工作效率的关键因素。为提高RED热-电转换系统的工作效率,工作溶液需具有低潜热、低沸点和高电导性的特点。本文选取金属盐-有机溶剂-水三元体系作为主要研究对象,探讨其电导性和电转换性。首先,测试了溶液组成(溶质、溶剂及添加剂)、浓度、温度等因素对溶液电导性的影响规律。进而,优选电导性强的三元溶液,建立RED电池堆系统,探讨其电转换特性。具体实验探究了溶液浓度比、溶液流速、膜间距、工作温度和间隔层材质等关键因素对于RED电池堆电输出特性的影响规律。此外,还从实用性角度针对离子交换膜的耐酸、耐碱性进行了测试。在课题组之前对二元溶液物性的研究基础上,本文拓展对醋酸钾(KAc)-甲醇-水和醋酸钾(KAc)-乙醇-水的电导特性的认识。实验结果显示:随着混合溶剂中水所占比例的增大,溶液电导率不断增大;而实测温度范围内,温度的升高会使溶液电导率增大;相同条件下,甲醇作为有机溶剂组分时,溶液的电导率值比对应的乙醇溶液体系更大。KAc-甲醇-水的电转换性实验结果显示:随入口浓、稀溶液浓度比的增大,RED电池堆的输出功率密度首先逐渐增大,但存在最佳浓度比使得输出功率密度达到最大值;实测流速范围内,RED电池堆输出电压和功率密度随流速增大而增大;膜间距越大,RED电池堆电阻越大,输出功率密度越小;溶液温度升高,RED电池堆的输出功率密度增大;使用KAc-甲醇-水溶液时,RED电池堆输出功率密度比KAc-乙醇-水溶液时更大;间隔层材质为金属材质时能够使电池堆电阻减小,功率密度增大。但从实际工程角度,需要做好金属的防腐蚀工作。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ028.74;TM91

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