绑定机构
扫描成功 请在APP上操作
打开万方数据APP,点击右上角"扫一扫",扫描二维码即可将您登录的个人账号与机构账号绑定,绑定后您可在APP上享有机构权限,如需更换机构账号,可到个人中心解绑。
欢迎的朋友
万方知识发现服务平台
获取范围
  • 1 / 100
  (已选择0条) 清除 结果分析
找到 138156 条结果
[博士论文] 李芬
凝聚态物理 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着移动式电子设备和电动汽车的快速发展,对具有高能量密度、长循环寿命的电池体系的需求急剧增长。相比于传统的的锂离子电池,锂硫电池中单质硫的理论比容量高达1675mA h g-1,与金属Li结合具有高的能量密度2600Wh kg-1,被认为是非常有潜力的下一代锂电池。此外,硫单质安全无毒、价格低廉、自然界储量丰富,具有实际应用优势。然而,锂硫电池的商业化仍然面临几个大的障碍,例如硫的利用率低、寿命短、库伦效率差、自放电等。造成这些问题最根本的原因是硫固体的绝缘性以及充放电过程中长链多硫化锂中间体在电解液中的溶解、在电极之间的穿梭。为了解决多硫化锂中间体导致的穿梭效应,我们通过对正极材料的优化设计,搜索合适的载硫宿主材料,通过化学吸附捕获多硫化锂中间体,或负载小尺寸硫分子阻止长链多硫化锂中间体的产生。
  通过第一性原理计算,系统地研究了石墨烯中不同空位缺陷、N掺杂缺陷和B、N共掺杂缺陷对多硫化锂的捕获行为。发现空位缺陷对多硫化锂的化学亲和力随缺陷尺寸增加而增加。此外,石墨烯中的N掺杂缺陷导致N-Li间的强相互作用,其中吡啶N比吡咯N对多硫化锂的捕获贡献更大。进一步,B、N共掺杂的石墨烯中N和Li原子,以及B和S原子之间的协同相互作用,导致对多硫化锂的强吸附,可以有效地抑制穿梭效应。通过Hirshfeld电荷分析Li2S6分子与不同缺陷石墨烯之间的电荷转移,理解了不同类型缺陷对多硫化锂捕获的内在机制。
  在缺陷石墨烯化学吸附多硫化锂的基础之上,我们设计了一系列含sp2杂化Si原子的三维多孔碳化硅材料用于捕获多硫化锂。其中ZGM-SiC-1和AGM-SiC-3具有良好的热力学、动力学稳定性和优异的力学性能,并且对S8分子和多硫化锂中间体表现出较强的化学亲和力。与三维多孔碳材料和二维碳化硅纳米片相比,三维孔道的纳米限域效应以及sp2杂化Si原子对S原子的化学亲和力协同作用,导致三维多孔碳化硅材料具有较强的多硫化锂捕获能力(大约为2.5eV至3.5eV)。
  除了通过化学吸附捕获多硫化锂,采用小尺寸硫分子阻止长链多硫化锂的产生也是一种有效抑制穿梭效应的方法。为了实现对小尺寸硫分子的有效固定,我们采用具有高活性的硅烯、磷烯和硼烯作为载硫宿主材料。同时,二维材料的高比表面积能达到高的硫负载量,并且提供开放的Li+传输通道,加快锂化过程。通过实现S2分子在硅烯表面的负载,完全阻止了长链多硫化锂的产生,达到了891mA h g-1的理论容量。因为所有S原子都被牢牢地固定在硅烯表面,避免了活性物质硫的损失,使电池能达到较长的循环寿命。此外,硅烯表面的单原子层放电产物硫化锂表现出与传统放电产物Li2S固体完全不同的化学活性,能加快多硫化锂从长链向短链的转化。
  在硅烯负载小尺寸硫分子的基础之上,我们还提出了一种更易实现的能够有效固定小尺寸硫分子的方法,避免了活性物质硫的损失。采用氨甲基修饰的碳纳米管负载小尺寸硫分子,区别于前人报道的氨基修饰的碳材料中N-Li相互作用导致的化学捕获多硫化锂机制。通过对比小尺寸硫分子与氨甲基的不同结合方式,我们发现小尺寸硫分子更趋于和脱去一个H原子的NH-结合形成N-S键而不是和脱去一个H原子的CH-结合形成C-S键。虽然氨基结合的小尺寸硫分子在氧化还原反应中只能达到1.66个电子的传递,导致电池的理论容量有所折中,但体系具有更好的结构稳定性。此外,通过氨基结合小尺寸硫分子完全避免了长链多硫化锂的产生,使电池容量衰减的问题得到了有效的解决。
[博士论文] 孟广昊
化学、物理化学 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:近些年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池在效率方面取得了突飞猛进的进步,这主要得益于该类型的材料具有十分优异的半导体特性,例如载流子双极扩散特性、可低温溶液法制备、高的消光系数和载流子迁移率等。其中,超长的寿命使得该类材料中激子的有效扩散长度超过100μm,远优于普通有机半导体材料。另一方面,人们在实验中不断发现这种新型钙钛矿材料的载流子迁移率存在各向异性。然而,在分子/原子的微观尺度上,人们对造成激子超长寿命以及载流子传输各向异性的内在机理尚不清楚。基于此,本论文主要从理论方面研究了该类型钙钛矿材料激子超长寿命的内在原因和载流子迁移率各向异性。主要研究内容和成果如下:
  (1)利用时间分辨光致发光光谱(time-resolved photoluminescence spectra,TRPL)研究了CH3NH3PbI3的发光光谱和发光寿命,实验结果表明发光寿命随温度增加而增加,这是反系间窜越(reverse intersystem crossing,RISC)的一个典型特点。同时,采用DFT方法对CH3NH3PbI3单重态和三重态之间的能量差△Est进行计算,结果表明CH3NH3PbI3的△Est小于0.1eV,这是RISC发生的重要的一个首要条件。基于此,本论文提出假设:有机-无机卤化物钙钛矿中激子的超长寿命可能是由RISC过程引起的,这为理解该类光伏材料的优异光电特性提供了新的理论依据。
  (2)依据Marcus理论和DFT方法,计算了沿不同晶面的分子内振动(即内重组能λ)和分子间电子耦合积分V,探讨了HC(NH2)2PbI3、HC(NH2)2SnI3和CH3NH3SnI3的载流子迁移率各向异性。结果表明HC(NH2)2PbI3的电子和空穴沿着(001),(010),(101)和(111)晶面传输方向一致,沿着(110)晶面传输方向不一致(电子和空穴传输方向夹角为65°);HC(NH2)2SnI3的电子和空穴沿着(001)和(101)晶面传输方向一致,沿着(110)和(111)晶面传输方向不一致(电子和空穴传输方向夹角为40°到65°);CH3NH3SnI3的电子和空穴沿着(110)和(101)晶面传输方向一致,沿着(010),(001)和(111)晶面传输方向不一致(电子和空穴传输方向夹角为45°到65°)。这表明这种新型钙钛矿材料内部载流子传输具有明显的各向异性。
  (3)在以上两部分研究的基础上,本论文对与钙钛矿材料光生电荷分离密切相关的空穴传输材料spiro-OMeTAD进行了理论研究。应用DFT方法和Marcus理论,通过重组能λ和电子耦合积分V考察了spiro-OMeTAD内部载流子迁移率各向异性。结果表明空穴和电子在(010),(101)和(110)晶面上传输方向具有一致性。然而,沿着(100),(110),(011)和(001)晶面空穴和电子的传输方向不一致(空穴和电子传输方向的夹角为从40°到70°)。这种各向异性对光生载流子均衡传输有效收集具有重要影响。
  本论文研究工作为理解有机-无机复合新型钙钛矿材料奇特光物理特性提供了新的理论认知,并从理论上指明了钙钛矿吸光材料和空穴传输材料在制备过程中定向生长的重要性。
[博士论文] 张昱
等离子体物理 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:作为具有代表性的高介电常数材料,氧化铪已被广泛应用于微电子工业。最近采用特殊工艺制备的掺杂氧化铪薄膜被发现具有显著的铁电性质,这一新型铁电材料与硅基CMOS集成电路工艺良好的兼容性,使其对于集成铁电学的发展具有重要意义,氧化铪基铁电薄膜的研究将带来铁电存储器研究的新突破。研究显示,氧化铪基薄膜的介电性能主要取决于相结构。为了调控薄膜的电学性能,需要研究氧化铪的相变机制。目前人们只单纯依赖实验寻找相变所需的掺杂浓度、薄膜厚度以及沉积温度等工艺参数,这无疑会延长研发周期和提高研发成本。此外,现阶段高质量氧化铪基铁电薄膜的制备方法多为原子层沉积法(ALD),成本高且不易获得大面积的薄膜。因此,研究溅射法制备高质量超薄氧化铪基薄膜并系统地研究薄膜的相变机制是非常必要的。
  本文利用中频孪生靶反应磁控溅射法制备不同成分的氧化铪基薄膜,系统地研究反应气体比例、沉积气压、衬底温度、掺杂浓度等工艺参数对薄膜的成分、结构、表面形貌和介电及铁电性能的影响,对薄膜的相变机制进行了初步分析。此外,本文还利用沉积金属铪缓冲层的方法,抑制氧化物薄膜与硅衬底之间的界面氧化层厚度,以达到优化叠层薄膜器件的电学性能的目的。本文取得的主要研究结果如下:
  (1)在中频孪生靶反应磁控溅射系统中,利用高纯金属铪双靶在氩气与氧气混合气体中沉积厚度均匀、结构致密、厚度在几纳米到几百纳米范围内可调控的氧化铪薄膜。研究了薄膜生长过程中微观结构和介电性能随工艺参数的演变。结果表明,中频孪生靶磁控溅射法可以有效避免金属靶反应溅射沉积化合物薄膜中普遍存在的“靶中毒”现象。随着氧分压的增大,氧化铪薄膜中的氧空位减少、薄膜结构致密,薄膜的表面均方根粗糙度从0.876nm降到0.333nm,同时薄膜的漏电流降低近三个数量级。通过计算拟合发现,本工作中制备的氧化铪在外加电压变化过程中存在欧姆机制和陷阱辅助隧穿机制两种漏导机制。沉积气压的减小可以降低薄膜的生长速率,同时薄膜变得更致密,漏电流随之降低。随着衬底温度的升高薄膜由非晶结构向单斜相转变,温度越高晶粒越大,漏电流随之升高。
  (2)在反应磁控溅射系统中,利用金属钇单靶和金属铪双靶通过共溅射方式沉积一系列不同钇掺杂浓度的氧化铪薄膜。系统地研究掺杂浓度和衬底温度对薄膜结构和介电性能的影响,并对薄膜的相变机制进行了初步分析。结果显示,薄膜由表层到衬底可分为表面污染层-完全氧化层-缺氧层-界面层。从晶体结构看,Y的掺入有利于稳定立方相,发生相变的临界掺杂浓度约为7.4-9.2mol%。引入表面能对单斜-立方相变发生的经典力学理论条件进行了修正,计算得到室温下钇掺杂氧化铪薄膜临界相变的厚度-成分相图和固定钇掺杂含量时的厚度-温度相图,实验与理论计算结果相吻合。电测性能结果显示所有样品皆为标准线性电容,薄膜的介电性能随着Y掺杂浓度升高而优化,薄膜的介电常数最高可达29,薄膜的漏电流密度低至1×10-7A/cm2。
  (3)利用反应磁控溅射技术制备10nm钇掺杂浓度为1.5mol%的氧化铪薄膜,为了控制氧化物薄膜与硅衬底之间形成的界面氧化层的厚度,在硅衬底与氧化铪薄膜之间沉积一层超薄的(~1nm)金属铪缓冲层。系统地研究了缓冲层对薄膜的结构和电性能的影响。结果表明,金属铪缓冲层的存在有效降低界面氧化层的厚度,但不会影响薄膜的晶体结构,薄膜为具有铁电性能的正交相。通过实验分析和理论计算,得出界面氧化层对金属-绝缘体-半导体(Metal-Insulator-Semiconductuor,MIS)结构的氧化铪薄膜介电及铁电性能具有至关重要的影响。界面氧化层的厚度增大导致薄膜介电常数下降,当界面氧化层厚度大于四分之一薄膜厚度时,薄膜不会出现电滞回线。对不同沉积温度对薄膜铁电相变以及电性能影响的研究结果表明,经过快速退火处理后的薄膜的相结构随着衬底温度的升高,由正交相主导转变为单斜相主导。电性能结果表明,沉积温度为200℃的薄膜,经过快速退火处理后,具有最高的剩余极化强度及矫顽场强(20μC/cm2)及较低漏电流密度(10-6A/cm2;3MV/cm)。
[博士论文] 高常飞
环境工程 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:生物电化学系统(BES)是近年发展起来的新兴污水处理技术,该技术既能实现污染物的降解,又可实现电能的输出,其生物阳极的产电水平受制于阴极的催化性能。虽然BES产电水平不高,但其能利用污染物产电,实现驱动和催化废水的自身净化。目前国内外对BES的研究已取得丰硕的科研成果,但该技术仍存在一些问题,如出水水质较差,材料成本高、产电系统的价值提升等难题亟待解决。
  本研究尝试拓展新型电极膜功能,既用作BES的阴极,又兼做MBR过滤介质,在降低系统成本的同时,实现生物产电、自生内电场驱动下的废水自净化、自主控制膜污染,最大限度发挥耦合系统电极膜催化过滤效益和经济效益。本研究从新型电极材料的研制出发,制备了两种不同碳纤维基催化电极膜,在新型BES中开展电极膜对污染物的去除性能及产电性能分析研究;尝试用石英砂、锰砂、活性炭填料层来替代离子交换膜,用空塔被动界面复氧方式提升水体溶解氧水平,采用节能方式减少曝气能耗,降低设备成本和处理成本;用耦合铝阳极絮凝作用,提高污染物处理效果,实现了材料成本降低、出水水质提升的目标。具体研究结果包括:
  (1)以碳纤维布为基底,在聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中掺杂氧化石墨烯(GO),利用相转化法制备PVDF/GO膜。将PVDF/GO膜依次用氢碘酸(HI)和高锰酸钾(KMnO4)处理,将GO先还原为还原石墨烯(RGO)后再氧化,实现二氧化锰的负载。电极膜表征结果证实,在膜面原位形成了二氧化锰(MnO2)催化组分;将GO掺杂比例从0.5wt%增加至1wt%,涂膜厚度为300μm时,碳纤维基MnO2催化电极膜的膜面电导率从4.9×10-5S cm-1增长至2.4×10-4S cm-1,提升约5倍。在新型MFC/MBR耦合型BES中应用此电极膜,系统内阻为752Ω;HRT为8h,BES对COD的去除效率达到97%以上;系统最大功率密度为228mW m-3,对应电流密度为9.59mA m-2,库仑效率(CE)为9.5%;催化电极膜清水通量为437L m-2d-1;相比对照组,膜面胞外聚合物(EPS)浓度降低28.9%,其中LB-EPS降低32.9%,TB-EPS降低51.3%。
  (2)为提升BES出水水质,将空气接触氧化床(ACOB)工艺耦合至BES中。在BES阳极室和阴极室间内嵌滴滤(TF)和ACOB工艺,实现废水的连续生物强化处理。ACOB对阴极室DO浓度具有提升作用,贡献率达到25%,优化后的曝气速率为100mLmin-1;应用石英砂仓(QSC)替代质子交换膜(PEM),BES开路电压(OCV)为0.69V,体积功率密度为111mWm-3,对应电流密度为13.7mA m-2。新型无PEM的BES对COD、NH4+-N、TP的去除效率分别为97%、93%、50%;BES微生物测序结果表明在ACOB生物膜内存在Nitrosomonas sp.(6.31%),Comamonas sp.(4.53%)和Candidatus Kuenenia(0.80%)等微生物,说明BES具有同步硝化和反硝化功能。
  (3)为提高膜面导电性,强化和提升电极膜抗污染性能,在PVDF铸膜液中掺杂还原铁,原位制备了Fe/Mn/C/F/O碳纤维基催化电极膜。膜电极材料孔径约为2-7nm,测试清水通量值为240L m-2h-1,掺杂15wt%还原铁的电极膜膜面电导率9.141×10-4Scm-1。应用Fe/Mn/C/F/O碳纤维基催化电极膜的BES体积功率密度为446mW m-3,对应电流密度为6.70mA m-2,OCV值达到0.80V。体系对COD、NH4+-N、TP的去除效率分别达到97.4%、96.7%、98.0%。催化电极膜(315cm2)成本仅为$0.46;本研究用的BES综合成本低于$47,系统成本效率为969.6mW$-1。
  (4)为实现BES对高负荷废水的低成本优质处理,采用牺牲铝阳极,活性炭和石墨颗粒生物阳极,将微电解和电絮凝工艺耦合至BES中。铝阳极在微电解作用下,释放出的铝离子对废水中的污染物可实现高效絮凝。该BES对COD的去除效率达到99.4%,出水COD低于7.7mg L-1;NH4+-N去除效率达到98.7%以上,出水NH4+-N低于0.6mgL-1;TP去除效率达到98.6%以上,出水TP浓度低于0.5mg L-1。系统体积功率密度达到365.1mW m-3,闭路运行输出最大电压值高达0.97V。BES自生内电场强化电极膜抗污染作用,相比对照组LB-EPS和TB-EPS分别下降66.5%和29.9%。用多介质仓(MMC)替代PEM,当石英砂和活性炭体积比为1∶1时,BES内阻仅为490Ω,相比QSC,输出电压提升近60%。
[博士论文] 郭峻岭
化学工程 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:锂硫电池因具有高能量密度、低成本和环境友好等优点受到了广泛的关注。然而仍有许多问题制约着它在实际中的应用,包括硫正极的活性物质利用率低、循环稳定性差和锂金属负极安全性差等问题。改善硫正极的主要方法是利用碳或极性氧化物等材料的吸附作用抑制多硫化物的“穿梭效应”,然而这一方法很难同时改善硫正极的硫利用率、循环性能以及面积载硫量等性能;近期报道的可抑制枝晶形成的锂金属选择性沉积策略为改善锂金属负极的性能提供了一种新的思路,但其涉及价格昂贵的贵金属,不易实用化。针对以上问题,本文在锂硫电池的正极、隔膜、负极分别生成固体电解质界面(SEI)膜,可实现对多硫化物的禁锢以及锂金属的选择性沉积,有助于锂硫电池循环性能、倍率性能、能量密度和安全性的统一。本文的主要研究内容及结果如下:
  (1)基于SEI的禁锢策略抑制“穿梭效应”。通过电位控制的方法在多孔碳球/硫复合正极表面构筑SEI,研究该正极形貌、硫利用率及循环稳定性。结果表明,仅需将多孔碳球/硫复合正极在0.3~1.5V循环几次,即可在多孔碳球表面形成厚度为8~10纳米左右的致密SEI膜,实现对其内部多硫化物及电解液的同时包覆,而在硫正极正常充放电区间循环时不会形成SEI包覆层。进一步的电化学研究发现,SEI包覆的正极具有较高的硫利用率(0.2C时比容量为1205mAh/g)和循环稳定性(0.5C下循环400次后比容量为首次的75%),证明基于SEI包覆的禁锢策略可以在保证正极硫利用率的前提下有效提高其循环稳定性,为锂硫电池正极的研发提供了新的思路。
  (2)禁锢策略的完善。在上面SEI包覆多孔碳球电极中,电子不可避免地要经过低电导率的SEI包覆层进行传输;使锂硫电池正极的库伦效率和倍率性能受到一定程度的影响。针对这一问题,设计制备了SEI包覆的碳纳米管(CNT)/硫复合阵列正极。CNT阵列直接生长于导电基底表面,使电子可以不通过SEI而到达反应位置,从而避免SEI包覆影响正极的库伦效率及倍率性能;同时,SEI包覆层通过禁锢作用保障正极的循环稳定性。随后,对得到的正极进行了电池性能表征。结果显示,SE1包覆后正极的极化并没有明显增加;该正极在0.2C下比容量可达1275mAh/g,循环200次后保持率高达81.4%,库伦效率维持在99%,同时表现出良好的倍率性能(在0.5,1和2C下比容量分别为824,631和454mAh/g)。改善后的禁锢策略同时提升了硫正极的硫利用率、循环稳定性、库伦效率等性能。
  (3)禁锢策略与纳米阵列结构协同提高正极载硫量。对普通聚丙烯隔膜进行SEI修饰,并系统研究了修饰隔膜的形貌、电化学性能和渗透行为。结果表明,SEI修饰层相对于碳或其他修饰层具有更加致密的结构,可以将多硫化物禁锢在正极和隔膜之间,有效抑制“穿梭效应”,使正极面积载硫量的提高成为可能。进一步在正极构筑了CNT阵列结构,该结构可优化电子传输路径,促进电子在高载硫量正极内的传导。利用SEI修饰隔膜与CNT纳米阵列电极组装得到面积载硫量为~10mg/cm2的锂硫电池,其在0.1、0.2、0.5、1和2C下比容量分别可以达到1221mAh/g(12.2mAh/cm2)、1096mAh/g(10.9mAh/cm2)、929mAh/g(9.3mAh/cm2)、752mAh/g(7.5mAh/cm2)和400mAh/g(4mAh/cm2),在0.5C循环100圈后,比容量保持率依然可以达到88%,展示了优良的电化学性能。SEI隔膜与纳米阵列正极的结合为高面积能量/功率密度的锂硫电池研究提供了新的思路。
  (4)基于禁锢策略的高性能锂负极。利用电压控制法在CNT阵列表面构筑SEI包覆层,改变其内外表面的电导率。进一步通过电化学测试、形貌及组分分析研究了锂金属在该电极中的沉积行为。结果表明,电子通过基底沿CNT不经过SEI包覆层传导,进而诱导锂金属选择性沉积于CNT内部,有效抑制枝晶的形成,使该结构电极展示了良好的安全性能(循环稳定性>150h)和锂利用率(库伦效率98%以上)。而且阵列结构与SEI包覆改变CNT内外电导率缺一不可达到该效果。利用该结构负极(沉积3mAh/cm2锂金属)和多孔碳/硫复合正极(2mg/cm2载硫量)组成锂硫电池,该电池在0.1C循环100次后,比容量为837mAh/g,容量保持率为59%;库伦效率维持在~97%,证明该负极在锂硫电池中具有良好的实用性。与传统贵金属诱导锂金属选择性沉积策略相比,基于SEI包覆CNT阵列结构的电子诱导策略更简单、经济,为锂金属负极的研究提供了新的思路。
[博士论文] 孟祥桐
化学工艺 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:人类对化石能源的过度开采与利用导致了严峻的环境问题和能源危机。作为第三代太阳能电池的杰出代表,染料敏化太阳能电池(DSSCs)具有成本低、组装工艺简单以及环境友好等特点,因而受到研究者的广泛关注。对电极是DSSCs的一个关键组成部分,它可以收集来自外电路的电子并催化电解质中碘三阴离子(I3-)的还原反应。通常,DSSCs的对电极为贵金属铂(Pt),但Pt的储量有限、价格高昂、在电化学环境中稳定性差,这些缺点很大程度上增加了DSSCs的成本和限制了其规模化应用。开发廉价、高效、稳定性好的对电极来取代Pt迫在眉睫。作为碳家族中的一颗新星,石墨烯具有优异的理化性质,因此在各个能源应用中得到广泛关注。然而,相比电化学活泼的石墨烯边缘,其基面是电化学惰性的,这就限制了石墨烯的整体电化学性能。基于此,采用杂原子掺杂技术和对基面进行官能化的策略构筑富活性位的石墨烯基DSSCs对电极材料,并对其催化性能进行了评价。主要结果如下:
  (1)利用化学法切割碳纳米管并结合高温氮掺杂策略制备了富边缘位、基面被充分活化的氮掺杂石墨烯纳米带(N-GNRs)。结构表征发现N-GNRs骨架中氮存在三种构型:石墨化氮、吡啶氮和吡咯氮。将N-GNRs作为DSSCs的对电极,电极和电解液界面上的电荷传输电阻(Rct)仅为0.23Ωcm2,明显低于Pt(1.13Ωcm2),表明前者具有优异的催化活性;基于N-GNRs的DSSC展示出了8.57%的光电转换效率,高于Pt参比电池;N-GNRs具有优异的电化学稳定性。密度泛函理论(DFT)计算首次揭示了N-GNRs的石墨化氮可以显著降低其离子化能,从而降低了电极材料的Rct并促进电子向电解质的快速转移,加快了电极上的I3-还原反应。
  (2)以氧化石墨烯(GO)为碳基质、硫粉作为造孔剂和掺杂剂,采用球磨结合高温退火方法制备了硫掺杂多孔石墨烯(SPG);其具有丰富的边缘、被活化的基面以及相互连通的孔道结构。反应动力学研究揭示SPG发达的孔道结构有利于I3-的扩散。SPG-DSSC的光电转换效率为8.67%,高于Pt-DSSC(7.88%)。连续EIS测试显示SPG的Rct未随扫描次数发生显著变化,说明SPG具有高电化学稳定性。借助理论计算探讨了SPG骨架中不同硫构型对其催化性能的影响,结果显示硫物种可以降低石墨烯的离子化能并将电子快速转移给电解质,加快I3-还原反应。最后,研究了退火温度对SPG催化活性的影响,发现900℃下制备的SPG表现出最佳的电催化性能和最高的光伏性能。
  (3)通过球磨GO和硒粉混合物结合高温退火的策略制备了具有富缺陷位的硒掺杂石墨烯(SeG)。通过改变掺杂温度(800℃、900℃和1000℃),实现了对SeG骨架中缺陷位(含氧官能团、硒物种和孔缺陷)密度的调控;掺杂温度越高,所制备的SeG材料的缺陷位数量越多。一系列电化学表征表明SeG-900作为DSSCs的对电极时具有最优的电催化活性。应用到DSSCs器件中时,SeG-900的光电转换效率高达8.42%,优于Pt-DSSC(7.88%)。利用DFT计算揭示了SeG骨架中Se构型对其催化性能的影响,结果显示Se物种可以显著降低石墨烯的离子化能,从而将电子快速转移给电解质,促进I3-还原反应。最后,讨论了SeG中缺陷位以及缺陷位密度对材料电化学性能的影响。
  (4)采用水热反应在化学气相沉积法制备的石墨烯膜表面成功构筑了高分散、边缘位丰富的MoS2纳米片;当用FTO玻璃作为基底时,其表面形成了分散的花状MoS2。通过理论计算阐明了MoS2纳米片在石墨烯上的生长机理。高度分散的MoS2纳米片也可以在其他碳基底上生长,例如石墨纸和碳纤维纸。将MoS2和石墨烯的复合膜(MoS2-G)作为DSSCs的对电极,电极的极化现象得到明显抑制,并且MoS2-G电极有利于传质;得益于高活性MoS2和高导电性石墨烯之间的协同效应,该复合膜电极具有类Pt的催化活性。连续CV测试发现MoS2-G具有优于Pt的电化学稳定性。基于MoS2-G对电极的DSSC的光电转换效率为7.1%,为Pt基电池性能的96%。
[博士论文] 詹菲
化学工艺 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要: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——利用电池型Na4Mn9O18(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500mM NaCl溶液时,NMO电极和AC电极的开路电势分别下降89mV和升高55mV。NMO//AC杂化电容器的浓差响应电压可达110mV,短路电流峰值可达0.2Am-2。通过外部电源辅助的四步循环操作证明了杂化电容混合技术的可行性(输出平均功率6.9mW m-2)。
  (2)制备了季铵化聚(4-乙烯基吡啶)修饰的活性炭(AC-QPVP)和硝酸处理的活性炭(AC-HNO3)用作不对称电容器的电极材料。得益于完全相反的带电性,AC-QPVP和AC-HNO3电极的开路电势遇稀盐水分别升高70mV和下降80mV。AC-QPVP//AC-HNO3不对称电容器的浓差响应电压和短路电流峰值分别为150mV和13.2A m-2。在既不需要外部电源,也无离子交换膜的情况下,该器件可输出平均功率密度65mW m-2(外阻100Ω)。这表明,使用化学改性法得到的带反向电荷的功能性炭材料有效地提高了不对称电容混合技术的盐差发电性能。
  (3)开创性地设计了一种结合双电层电势和膜电压的新型电容混合器件:浓差电容器。它由电容型电极、膜、集流体和供浓/稀盐水交替流过的双通道组成。水热还原法制备的石墨烯水凝胶(GH)电极的浓差响应电压可达-81.2mV,且不随反应物浓度、水热时长或者双氧水加入量的改变而显著变化,但会随着CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)浓度的升高而显著降低,表明GH超高的浓差响应电压主要归功于其较强的负电性。使用GH作对称电极和滤膜(FM)或阴离子交换膜(AEM)设计组装了GH//FM//GH和GH//AEM//GH两种浓差电容器。二者的浓差响应电压和短路电流峰值分别为166.7和288.5mV,13和37A m-2。随着外部电阻的增加,浓差电容器的电压不断增大,而电流不断减小,功率密度存在某一极值。当外阻为180Ω时,GH//FM//GH和GH//AEM//GH浓差电容器通过两步循环输出的最高平均功率密度可分别高达141.4mW m-2和482.4mW m-2。浓差电容器是一类结构简单、性能超高、成本较低和极具应用前景的新型电容混合技术。
[博士论文] 潘鹏飞
电子科学与技术;物理电子学 南京师范大学 2018(学位年度)
摘要:外磁场引起材料介电常数的变化称为磁介电效应。由于在磁场传感器、磁电存储器等领域中具有广泛的应用前景,磁介电效应在实验上和理论上吸引着越来越多的关注。
  虽然在各种单相铁氧体及磁电复合材料中均发现有磁介电效应,但从研究深入性的角度出发,在磁介电效应的研究中仍有三个问题有待解决:1)制备磁电性能优异的多铁性复合材料,即具有较大压电系数的铁电相、较大磁致伸缩系数的铁磁相及它们之间较好的弹性耦合;2)给出完整的磁介电系数随磁场的变化曲线是验证磁电复合物磁介电效应最有力的证据;3)提出恰当的理论模型,并结合具体实验条件给出符合实验数据的定量分析。在实际测量中常会出现多个介电机制共存的情况。不同的磁场大小,电场频率及材料化学成分均会影响(或诱导不同的)介电机制。
  针对上述问题,本论文主要工作如下:1)制备了锰锌铁氧体系列单相材料及(1-x)(Bao.88Cao.12)(Tio.88Zro.12)O3-xCoFe2O4系列复合材料,研究了材料的铁磁性、铁电性及磁电耦合相互作用;2)探索了单相铁氧体及磁致伸缩/压电复合材料中磁介电效应的物理机制;3)探讨了材料的共振频率及铁磁相的磁致伸缩效应对磁介电效应的影响。这些工作为磁介电材料及磁介电器件的制备提供了研究基础。
  本论文的研究内容主要分为三部分,每部分的主要内容分别概括如下:
  首先,对具有不同初始磁导率的锰锌铁氧体样品的介电性与磁介电效应进行了实验和理论研究。实验观察到锰锌铁氧体样品在共振频率处具有较强的介电共振。锰锌铁氧体样品在共振频率处、H=3.5kOe的磁场下可测得较大的磁介电系数。理论分析表明,锰锌铁氧体的磁介电效应主要源于Maxwell-Wagner效应与磁电阻效应的共同作用。在共振频率处,锰锌铁氧体样品中异常大的磁介电系数源于共振频率处增强的磁致伸缩效应。
  然后,对锰锌铁氧体磁介电效应的磁滞现象进行了实验和理论研究。实验发现,锰锌铁氧体样品在低频范围(f≤100kHz)内也具有明显的磁介电效应,其磁介电效应与磁电阻效应表现出相似的磁场依赖特性及形状各向异性。锰锌铁氧体样品的磁介电效应的磁滞现象依赖于电场频率及铁氧体中掺杂的Zn离子含量。理论分析表明,锰锌铁氧体磁介电效应的磁滞现象源于磁电阻效应与磁致伸缩效应的共同作用。
  最后,对(1-x)(Bao.88Cao.12)(Tio.88Zro.12)O3-xCoFe2O4(x=0.10,0.20,0.30,0.40)系列磁电复合材料的磁介电效应进行了实验和理论研究。实验观察到该系列复合磁电材料具有较好的室温铁磁性及铁电性。该磁电复合材料(x=0.40)在H=1.5T,f=1kHz处可测得最大室温磁介电系数为5.37%,且磁介电系数随磁场的周期性变化呈蝴蝶状曲线。理论分析表明,该系列磁电复合材料的磁介电效应源于磁电阻效应及磁电耦合的共同作用。磁介电系数的“蝴蝶”状回线源于该系列磁电复合材料中铁电相(Bao.88Cao.12)(Tio.88Zro.12)O3的铁弹特性。
[博士论文] 王辉
机械制造及其自动化 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:随着汽车尾气余热、工业余热等低品位热源的不断增加,利用温差热电材料的热电转换特性对余热进行回收,受到了广泛的关注。目前,作为温差发电器基础构件的热电臂存在热电性能较低、机械性能较差等问题,无法实现对多余热能的高效率以及长期稳定的回收。其中,热电材料的成形工艺是影响热电臂的热电性能与机械性能的关键所在。为此,本文结合国家自然科学基金项目“基于热电材料的层叠阵列型温差发电器构件及其半固态粉末微成形理论与方法研究”(资助号:51175460)和教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目“功能梯度型温差热电臂的半固态粉末微成形机理和制造工艺研究”(资助号:NCET-13-0518),采用理论和实验研究相结合的方式,开展了以低温热电材料碲化铋(Bi2Te3)为主要研究对象的热电臂成形制造工艺研究,并分析了成形制造工艺对热电臂整体热电性能与机械性能的影响。
  第1章,阐述了本论文的研究背景和意义,综合分析了当前国内外多段型热电臂结构优化设计方法、Bi2Te3基块成形工艺、以及多段型热电臂连接制造方面的研究现状,并提出了本论文的主要研究内容及论文各章节之间的体系结构。
  第2章,针对单段型热电臂存在热电转换效率低下和温度适用范围较窄的问题,设计了一种由Bi2Te3材料和PbTe材料构成的多段型热电臂。针对该多段型热电臂,建立了多段型热电臂的性能分析数学模型。基于该性能分析数学模型,分别计算获得了以热电转换效率和热电输出功率为优化目标时的最优Bi2Te3/PbTe长度比例。在优化结果的基础上,分析了不同优化目标下热电臂内部的温度、电势、及热流量分布的情况,以及相应的负载电阻匹配规律。
  第3章,测试了Bi2Te3材料的半固态温度区间,采用半固态粉末成形方法,制备了具备介观尺度孔隙特征的Bi2Te3基块,有效地降低了Bi2Te3基块的晶格热导,提升了Bi2Te3基块的热电性能。进一步研究了半固态成形法过程中介观尺度孔隙结构特征形成的机理,理论分析了介观尺度孔隙结构特征对于晶格热导率的影响,通过对热电性能参数的测试,比较了半固态粉末成形与其它成形方法制备Bi2Te3基块在热电性能方面的差异。
  第4章,采用带有超声振动辅助的热压成形方法制备了具有细化晶粒特征的Bi2Te3基块,通过晶粒细化增强了晶界声子散射,提升了热电性能。研究了超声振动在粉末压实过程中的位错产生机制。通过对块体微观形貌和组织结构的表征,揭示了超声作用时间和最终块体晶粒尺寸之间的关联性。通过超声辅助热压成形,有效减小了Bi2Te3基块的晶粒尺寸,同时改善了基块的热电性能和机械性能。
  第5章,在Bi2Te3基块的半固态成形和超声辅助热压成形研究基础上,为进一步优化晶粒形貌,在提高基块热电性能的同时大幅改善基块的机械性能,提出了超声辅助半固态成形工艺用于Bi2Te3基块的成形。通过在热电材料半固态温度区间施加单轴压力和超声振动,成功制备了具备圆盘状细化晶粒形貌特征的热电块体。研究了在半固态温度区间内,不同超声启振温度对于基块微观形貌的作用规律,通过对基块的热电性能与机械性能的测试,发现圆盘状晶粒在降低材料的晶格热导的同时,可大幅提升材料的弯曲强度和维氏硬度。
  对于三种不同的基块成形工艺进行比较,其中,半固态成形法的优点是通过降低基块的晶格热导率,使基块获得最高的热电性能,但机械性能方面不理想;超声辅助热压成形法能够同时提升基块的热电性能与机械性能,但是两者提升的幅度较为适中;超声辅助半固态成形法的优点是能够提升块体的机械性能,幅度较大,但热电性能的提升较为适中。综合的讲,三种成形方法各有自身突出的优点,需要根据使用需求进行选择。
  第6章,采用镀镍工艺与Sn5Pb92.5Ag2.5连接工艺,制造了Bi2Te3-PbTe多段型热电臂。实验结果证明镀镍工艺对于热电臂连接处的元素扩散具备良好的抑制作用,并且使用Sn5Pb92.5Ag2.5作为连接材料可以获得理想的多段型热电臂连接层强度。以连接层的微观形貌与元素分布的观察结果为基础,分析了不同连接层厚度对于连接层接触电阻和连接强度的影响。搭建了热电性能与机械性能测试平台,测试了以优化厚度后的Sn5Pb92.5Ag2.5为连接材料的Bi2Te3-PbTe多段型热电臂的整体热电性能与机械性能。
  第7章,对本文的主要研究工作进行了总结与展望。
[硕士论文] 陈妤
电机与电器 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:超级电容由于具有充放电效率高、循环寿命长、功率密度高等特点,被广泛用于电动汽车、风力发电等应用中。超级电容单体额定电压通常在2.5~3V之间,所以需要将超级电容器单体串联以获得适应于供电对象的电压等级,制造过程中一致性的微弱差异往往导致串联超级电容组单体之间电压不均衡,严重影响了超级电容组储能容量和组串的使用寿命。论文研究基于Buck-Boost拓扑的电荷搬运型超级电容组均衡系统,论证方案的可行性并进行实验验证。
  分析了超级电容组均衡拓扑与控制方案,选定了Buck-Boost均衡拓扑结构实现均压控制。在此基础上使用simulink对提出的电路和均衡策略进行了五路超级电容组双闭环仿真;最后设计了超级电容均衡系统的硬件电路,包括主电路、辅助电路及信号采样控制电路。选用16位数字信号处理器dsPIC33FJ64GS606作为主控芯片,利用电感充放电的形式进行能量传递,根据实时采集到的电容端电压及电感电流信号,经A/D转换器后,送入数字信号处理器处理,编写相应的5路均衡算法程序,判断超级电容组的充放电状态,实时进行电压均衡控制。该系统采用电压电流双闭环的控制方案,通过占空比微调的方法,控制能量传递的方向,实现超级电容组端电压差值趋于一致,均衡电感电流最终趋于0,验证了提出的均衡电路和均衡算法的有效性。
[硕士论文] 刘硕
电机与电器 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:随着人们对能源的需求逐渐增长,能源短缺的问题日益凸显出来,传统的化石能源已经远远不能满足人类社会发展的需要。为了防止出现能源危机,以太阳能作为代表的新能源越来越受到广泛关注,应用范围也越来越广泛,已经成为当前研究的热点。但光伏电池的输出具有非线性以及易受外界环境因素影响的特点,因此为了提高发电效率需要在光伏发电系统中引入最大功率点跟踪技术。
  本文首先从理论上分析了光伏电池的等效电路并根据等效电路导出光伏电池的数学模型,使用PSIM软件搭建了光伏电池的仿真模型,该模型作为工程用模型可以很好的反映出光伏电池在不同外界环境下的输出特性,并使用该模型分析了光照和温度对光伏电池输出特性的影响。
  接着对光伏发电系统最大功率点跟踪的工作原理以及常用算法进行介绍,在比较传统算法的基础上提出了一种基于Fibonacci数列的MPPT算法,并运用PSIM仿真软件搭建仿真模型对几种传统算法及基于Fibonacci数列的算法进行仿真。仿真结果表明提出的算法与传统算法相比,具有更快的追踪速度以及更加稳定的输出特性,从理论上证明了提出算法的正确性和实用性。
  最后进行硬件实验,使用Altium Designer制作完成了小功率Boost升压电路板及其外设电路,以日本MyWay公司生产的PE-Expert3高速电力电子控制系统为控制核心,设计完成了实验用小型光伏发电系统的实验平台,并在此实验平台上对基于Fibonacci数列的最大功率点跟踪算法进行实验,验证其有效性。接着同时使用扰动观察法和基于Fibonacci数列的MPPT算法进行对比实验,分别计算这两种MPPT算法控制下的光伏发电系统实验平台的发电量,通过对比实验结果证明提出的基于Fibonacci数列的算法与扰动观察法相比更加高效。
[硕士论文] JAKPASU WILBERFORCE ELLOM
水利水电工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:潮汐能是一种可预测的可再生能源,潮汐电站并入直流电网的方案对于全水下的功率变换系统更具优势。本研究的主要目的是提出一种适用于潮汐发电系统的多端口DC-DC转换器,该系统用于收集多端口潮汐驱动功率,并将收集到的电能转换并传输到30kV直流配电网络中去。
  文献综述回顾了用于汇流的多端口DC-DC转换器和直流微电网的技术发展状况,提出了一种适用于潮汐发电系统的多端口功率变换器。低速潮汐发电机的输出经过整流后将直流电通过短距离直流海缆送至直流汇流站,所提出的汇流站中的变换器由多个电流源逆变器(CSI),500Hz变压器和一个7电平输入模块化多电平转换器(MMC)组成;本文分别提出了移相式和脉宽调制式的能量传输调制方法,在多输入直流端口和中压直流母线之间传递能量,仿真证明提出的拓扑和移相能量传输方法可以高效汇流多发电机功率,可以成为水下潮汐发电的可选方案之一。
[硕士论文] 周嘉炜
电机与电器 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:风能作为一种清洁无污染的资源,储量巨大且可再生,已成为了当前新能源发电研究的主要方向之一。中国国土广袤、幅员辽阔,蕴藏了非常丰富的风能资源,小型风力发电系统所需资金成本较小,易于安装,将其作为电网供电的补充以供日常生产生活所用是缓解部分地区能源短缺问题,减轻燃煤电厂引起的环境污染问题的有效方法。因此,研究运行可靠的小型风力发电系统并将其推广到广大农村地区家庭使用,具有非常重要的现实意义。
  风力发电系统作为一个非线性、强耦合、多变量的复杂系统,由于风能的随机性、时变性、不可控等特点,很难获得系统的准确模型。另外,由于系统运行环境往往较为恶劣,环境因素引起的各方面扰动也是风力发电系统难以控制的一个方面,为了解决风力发电系统存在的受扰问题,提高风力发电系统的发电效率,本文以最大功率跟踪控制为目标,研究基于模型预测控制(MPC)与干扰观测技术(DOB)的复合抗干扰控制方法,以提高系统的抗干扰能力,主要研究内容有:
  1、作为永磁同步风力发电系统控制策略的前期验证,研究并设计了Buck型DC-DC变换器的复合抗干扰控制算法,MATLAB/Simulink仿真结果表明该方法能够有效抑制扰动,提高控制效果。
  2、分析了永磁同步发电机(PMSG)的数学模型,研究了矢量控制策略(FOC),电压空间矢量调制原理(SVPWM)。在MATLAB/Simulink环境下对永磁同步发电机调速系统进行了仿真验证。
  3、结合模型预测控制的基本原理和特点,分析了永磁同步发电机的预测模型,设计了永磁同步发电机的模型预测控制器并在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真验证。
  4、针对风力发电系统干扰源众多的情况,将参数摄动,风速的变化视作集总扰动,通过干扰观测器(DO)对系统的总干扰进行估计,并通过前馈补偿的形式消除干扰的影响。仿真结果验证了干扰观测技术的有效性。
  5、在仿真验证的基础上设计了永磁同步风力发电实验平台,并初步验证了该实验平台的有效性。
[硕士论文] 马超
动力工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:随着新能源技术的不断发展,风力发电作为新型能源供给方式的代表,越来越受到人们的关注,人们对风力发电的安全可靠性,成本,发电效率和发电质量提出了更高的要求。永磁同步风力发电机系统作为一种代表性的发电系统,被广泛应用于现代风力发电行业中。然而风力发电系统是一个非线性、强耦合、多变量的复杂系统,由于风能信号的随机性、时变性,不可控等特点,加上外界环境中干扰造成的影响,传统的控制方式很难理想的控制品质,因而,针对永磁同步风力发电机系统的特性,采用新型的控制技术,设计一种不依赖于系统数学模型、算法简单、抗干扰性能强的先进控制算法,解决风力发电机系统存在的受扰问题、非线性问题以及提高风力发电系统的发电效率成为了风电领域具有挑战性的研究方向。
  本文针对直驱式永磁同步风力发电机系统抗干扰问题,致力于研究基于自抗扰控制(ADRC)的主动抗干扰控制方法,以提高系统的抗干扰能力。基于对永磁同步风力发电机系统分析的基础上,本文主要进行了以下几方面的研究:
  (1)直驱式永磁同步风力发电机系统是一种的非线性、强耦合的系统,对此提出一种基于不依赖于数学模型的自抗扰控制(ADRC)方法。首先将系统的内扰包括参数摄动,模型的不确定、控制耦合、未建模动态以及系统外扰一起看成系统的总干扰,然后通过扩张状态观测器(ESO)对系统的总干扰进行估计,再通过前馈补偿的方式消除干扰的影响。但自抗扰控制器中参数众多且难以整定,为此本文对控制器的各个参数进行仿真分析,进一步理解各个参数对控制性能的影响。
  (2)考虑实际应用中自然风速输入和外界干扰都有极强的随机性,且在系统中将不可避免的存在时延,扩张状态观测器(ESO)对扰动的估计精度将大大降低。针对这一问题,本文在传统的自抗扰(ADRC)控制方法基础上作出部分改进。同时,引入史密斯预估器到自抗扰控制当中来消除在时延在控制系统中影响。仿真结果验证了所提控制方法的有效性。
  (3)考虑到自抗扰控制器中参数较多,且参数的选取对控制性能有着较大的影响,实际生产实践中参数难以整定,本文结合滑模变结构控制及自抗扰控制,提出一种滑模自抗扰的复合控制系统。将滑模变结构控制引入到速度及电流自抗扰控制器的设计中,通过对控制器中的参数改进,使控制器保持了原自抗扰控制器的特点又使可调参数在切换时平滑过渡,降低了系统抖振,减小了系统的误差,改善了系统控制性能。
[博士论文] 刘星
船舶电气工程 大连海事大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,能源需求日益增长,人们对电能质量的要求越来越高,利用电力电子变流装置来实现高质量的电能变换已经成为电力电子与电力传动领域的一个热门研究课题。有源前端变流器作为连接电网与用电设备的接口,其控制性能的优劣直接关系到电能变换的质量。因此,研究有源前端变流器的高性能控制问题具有重要的实际意义。本文主要研究工作包括以下几个方面:
  第一,针对传统有限控制集模型预测控制方式在控制过程中存在在线计算量较大导致控制指令的计算时间延迟问题,分别提出了基于无差拍预测控制策略和基于Lyapunov原理的简化有限控制集模型预测控制方法,引入矢量扇区判断方式,并结合电压空间矢量等效变换的原理,从而可以有效减少算法所需的在线寻优时间以及预测值计算次数,利于工程实现。
  第二,针对传统有限控制集模型预测控制方式在控制过程中存在过度依赖系统参数以及有源前端变流器输入滤波电感、等效电阻等参数失配时的高性能控制问题,提出了一种基于模型参考自适应在线参数辨识的有限控制集模型预测控制技术,从而有效避免了有源前端变流器在实际运行中因系统干扰、电抗器饱和以及温度变化等引起的模型参数失配。
  第三,针对传统有限控制集模型预测控制方式在控制过程中存在动态响应慢,以及电压外环PI调节器对控制对象参数变化比较敏感,且容易出现超调的问题,提出了一种基于动态给定设计的有源前端变流器有限控制集模型预测控制方式。该方法取消了电压外环的使用,从而避免了PI控制器参数的调节。在此基础上,结合简化有限控制集模型预测控制策略,不但减少了在线计算时间,而且有效改进了系统的动态性能。
  第四,针对传统有限控制集模型预测控制方式在控制过程中存在过高的开关频率将增加功率器件的开关损耗,降低其效率的问题,提出了一种具有低开关频率的有源前端变流器模糊有限控制集模型预测控制策略。该策略采用滞环控制的设计思想,引入模糊控制策略,在兼顾控制性能的同时有效地降低了功率器件平均开关频率,实现了低开关频率下的有源前端变流器的高效运行。
  第五,针对传统有限控制集模型预测控制方式在控制过程中存在权重因子选择困难的问题,提出了一种基于多目标优化的简化有源前端变流器有限控制集模型预测控制策略。该策略分别采用多目标平均等级排序以及多目标模糊决策的设计方式,从而在降低在线计算负担的同时,有效避免了权重因子的选择问题。
[硕士论文] 詹龙
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:科学与技术在国家的政策下得到了巨大的发展,与人们息息相关的电能显得无比重要,对电力的需求也不断的增多,鉴于以上因素,传统变压器随着电网规模的增大而出现难以满足的情形。固态变压器(Solid State Transformer,SST),是一种先进的装置,结合了高频变压器与电力电子技术,具有很大优势。如能量传递、电压变换、电气隔离及即插即用等功能,还能够保持电路进行单位功率因数运行。所以固态变压器具备了解决现代电力系统中诸多新问题的潜力,对于改善电网质量,建设数字电网和绿色电网具有重要的意义。
  本文基于固态变压器的基本思路,对模块级联型SST各部分进行分析与设计。提出与内模控制对消法相结合的双闭环控制方案,在电压外环中采用二自由度内模控制策略,鉴于电流内环中采用内模解耦控制方案来对系统进行设计。使电流具有快速跟踪性能,能够使输入电压、电流具有同相位,实现了输出电压低的畸变率,具有良好的电能质量。
  首先对固态变压器研究背景和发展现状进行了阐述,并且与传统变压器相比较后得出了固态变压器独特的许多优势。对固态变压器拓扑结构、运行时的基本思路进行介绍与分析。接着阐述了模块级联型SST的输入级、中间隔离级和低压输出级三部分的运行特性,建立了等效数学模型。其次,将所提出的控制策略对模块级联型SST系统进行设计,并且给出了各种控制策略的控制框图。最后在Matlab/Simulink环境下搭建模块级联型SST的仿真系统进行仿真实验。
  鉴于以上的阐述,本文对模块级联型SST的基本思路、数学模型、调制策略及控制策略等方面进行了详细的分析与设计。仿真结果表明,所提控制策略使系统达到了预期的控制效果。
[硕士论文] 刘俊
控制工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:作为电器或各种机器的动力源,电机的主要功能是产生驱动转矩。在各种交流伺服驱动器中,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)以其体积小、噪声低、起动牵引力大、响应快、功率密度大、效率高等优点,在机器人等领域得到了广泛的应用。然而,永磁同步电机是一个参数时变、强耦合、多变量的高阶非线性系统,且存在建模误差、电路噪声、负载等多种干扰,实现电机的高性能控制很困难。目前,永磁同步电机的高精度控制是一个具有挑战性的问题,受到了广泛关注。本文主要针对永磁同步电机的速度跟踪和抗干扰控制问题进行研究,主要的工作和创新点如下:
  (1)针对永磁同步电机控制系统中存在多源干扰的问题,本文提出了一种基于干扰观测器的自适应控制策略。首先,该方法将电机系统中的干扰分为可建模的负载干扰和电路噪声、模型误差等效的能量有界干扰。其次,设计干扰观测器估计负载干扰,并采用自适应控制器补偿电机系统中可建模干扰估计误差和范数有界干扰,实现电机转速的快速跟踪控制。与传统干扰抑制方法相比,本方法不需要对范数有界干扰上界已知,而且具有更高的控制精度。
  (2)针对永磁同步电机控制系统中存在多源干扰的问题,本文提出了一种基于干扰观测器的非奇异终端滑模自适应控制方法。首先,该方法将电机中的干扰分为两部分,分别为可建模的负载干扰和等效的能量有界干扰。其次,可建模的负载干扰及其导数使用干扰观测器估计,使得电机调速系统的精度得到提高。再次,设计非奇异终端滑模控制器,补偿范数有界干扰并保证调速系统能够达到稳定。与已有的终端滑模控制策略相比,本文所提出的方法具有非奇异性而且具有较好的抗干扰性能。
  (3)针对非线性PMSM控制系统,本文提出了一种基于干扰观测器的自适应反推控制方法。首先,该方法将电机系统中的干扰分为外系统描述的干扰和负载干扰。其次,通过反推控制方法控制电机,实现电机的解耦,并采用自适应控制率补偿系统中负载误差,实现电机速度的快速跟踪控制。该方法无需将电机的数学模型线性化,减少了系统的不确定性,而且在反推控制中加入了对负载干扰的自适应补偿。与传统的反推控制方法相比,本文提出的方法同时具有干扰抵消和干扰抑制性能。
  对本文的PMSM调速控制方法进行仿真验证,仿真结果表明本文所提出的基于干扰观测器的抗干扰控制方法能提高系统的控制精度,具有较好的抗干扰能力和鲁棒性,同时在实际系统中具有较好的使用前景。
[博士论文] 赵荣芳
化学 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:能源危机已成为人类生存亟需解决的重要问题,太阳能电池被视为最具潜力的解决方案之一。染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells,DSSCs)作为新一代太阳能电池,具有成本低、工艺简单、效率高、稳定性好等优点,拥有广阔的应用前景。然而,在现阶段DSSCs的研究中仍存在以下问题制约着其光电转换效率的提升以及实际应用:①TiO2薄膜内光生电子与空穴的复合是产生暗电流的主要原因;②光吸收层只能吸收波长300-800nm范围的可见光,不能有效利用近红外光,限制了DSSCs效率的进一步提升;③以价格昂贵的贵金属Pt为对电极,其催化效果易受环境因素的影响,且易与碘系电解液反应生成PtI4,失去催化活性,从而限制了DSSCs的大规模生产与应用。
  针对以上问题,本文设计以不同形态的稀土离子掺杂CeO2及其复合材料作为光阳极辅助材料,构筑CeO2基复合光阳极的新型染料敏化太阳能电池,利用其与TiO2相匹配的能级结构,形成电子通路,以达到降低光生电子与空穴的复合;通过引入SnO2改善CeO2本身弱导电性的缺陷,加快电子在薄膜内的有效传输;利用稀土离子固有的上转换发光性能,提高对太阳光中近红外光的利用率,扩宽光谱吸收范围,达到提高光电转换效率的目的。进一步针对实验过程中出现的Pt对电极碘中毒现象,在理论计算的基础上,设计并合成空心分级结构的Co0.85Se和表面裸露(102)晶面Te掺杂的CoTe纳米线,研究其对于I3-还原反应的催化能力,并作为非Pt对电极应用于CeO2基复合光阳极DSSCs中,以解决对电极材料中毒失活的问题,同时降低电池成本,为染料敏化太阳电池的实际应用提供理论依据。
  本论文的研究内容主要分为以下五个部分:
  1.基于能级匹配原则构筑P25(CeO2∶Yb,Er纳米管)复合光阳极的DSSCs
  以Ag纳米线为模板,通过水热法合成Yb和Er共掺杂CeO2纳米管(CeO2∶Yb,Er NTs),将其与TiO2(P25)复合,制备DSSCs复合光阳电极。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射仪、X-射线光电子能谱仪等对CeO2∶Yb,Er NTs进行表征,确定其结构和组分。通过光电测试研究复合光阳极的光电转换性能,采用电化学阻抗法研究其界面电子转移情况。采用密度泛函理论对CeO2进行能带分析,结构优化后的CeO2具有1.96eV的禁带宽度。利用紫外可见光谱分析,获得CeO2∶Yb,ErNTs的禁带宽度为2.8eV,其导带价带位置均低于TiO2的导带与价带,两者界面符合能级匹配原则,可有效地降低电荷复合,从而达到提高DSSCs光电转换效率的目的。
  2.高电子迁移率P25(SnO2/CeO2∶Yb,Er空心纳米球)复合光阳极DSSCs的构筑
  通过第一性原理对CeO2能带和态密度的分析可知其具有低的电子迁移率。为改善材料的电子传递能力,引入高电子迁移率的SnO2,与CeO2∶Yb,Er形成复合材料。首先采用SiO2为模板,合成核壳结构的SiO2@CeO2∶Yb,Er;随后,通过水热反应,在SiO2分解的同时,K2SnO3水解生成SnO2,形成SnO2/CeO2∶Yb,Er空心纳米球(SnO2/CeO2∶Yb,Er Hollow nanosphere,HNSs)。另外,为验证制备空心SnO2壳层方法的普适性,采用核壳结构的Fe2O3@SiO2为模板,通过同样的方法制备出Fe2O3@SnO2纳米盒子,对其进行碳的包覆合成具备纳米间隙可调的Fe3O4@SnO2@CN纳米盒子,并将其作为负极材料应用到锂离子电池中,具有良好的循环稳定性,证明此类SnO2纳米壳层的制备方法的一定普适性。将SnO2/CeO2∶Yb,Er HHS做为辅助材料与P25形成复合光阳极制备DSSCs,光电测试结果表明DSSCs的光电转换效率得到了有效提升。通过开路光电压衰减法,研究薄膜内光生电子的寿命变化,由于SnO2/CeO2∶Yb,Er的辅助作用,光生电子的寿命得到了明显增加。
  3.上转换发光CeO2∶Yb,Er@SiO2@Ag复合纳米纤维作为光阳极辅助材料在DSSCs中的应用研究
  Yb和Er通常作为上转换纳米材料中的敏化剂与激活剂,在合适的晶体场,即具备上转换发光性能。通过静电纺丝法制备CeO2∶Yb,Er纳米纤维,经过SiO2的包覆及高温处理获得复合纤维CeO2∶Yb,Er@SiO2,使其具有较高的上转换发光性能;最后将Ag纳米颗粒负载在表面得到CeO2∶Yb,Er@SiO2@Ag复合纳米纤维,利用Ag纳米颗粒表面等离子共振效应,增强其荧光发光强度。将制备的复合纳米纤维作为光阳极辅助材料应用到DSSCs中,光电测试结果显示,与空白P25光阳极制备的DSSCs相比,其光电转换效率增加至8.17%,增长了22.9%。以980nm激光器为照明光源,得到了约为0.14%的光电转换效率;此外,IPCE测试显示其在800-1000nm近红外光区具有吸光特性,共同证明了上转换纳米材料的引入,可拓宽DSSCs的吸光范围,提高了DSSCs对于太阳光的利用率。
  4.构筑基于CeO2基复合光阳极空心分级结构Co0.85Se非铂对电极的DSSCs
  在前三章的研究基础上,构筑基于非铂对电极的CeO2基复合光阳极DSSCs,以解决对电极因中毒催化性能失活的问题,同时降低电池成本。首先,采用密度泛函理论计算Co0.85Se对电极材料催化下I3-还原反应的反应能量势垒。对比结果可知,在Co0.85Se的催化下,I3-还原反应具有较小的反应能垒,理论上Co0.85Se可作为对电极材料应用到DSSCs中。以甲醇-水为反应体系,设计合成不规则空心分级结构的Co0.85Se(Hollow hierarchical structure,HHS Co0.85Se)。通过改变反应体系中醇的种类,例如乙醇、正丙醇和正丁醇等溶剂,得到了不同形貌和不同结晶性的Co0.85Se。氮气吸脱附分析显示HHS C0.85Se-M具有较大的比表面积,更多的活性位点有利于催化反应的进行。通过循环伏安、电化学阻抗以及Tafel极化曲线测试,证实HHS Co0.85Se-M催化I3-的还原反应具有媲美贵金属Pt的催化性能。光电测试结果表明,构筑基于HHS Co0.85Se-M对电极的CeO2基复合光阳极DSSCs,其光电转换效率得到了进一步的提升,为设计新型DSSCs提供理论依据。
  5.基于CeO2基复合光阳极CoTe/Te纳米线非铂对电极DSSCs的设计
  基于密度泛函理论对CoTe催化I3-还原反应进行了理论研究。理论结算结果表明,以CoTe(102)为活性晶面时,其具有相较于Pt更小的反应能量势垒,暗示CoTe具有较高的催化活性,可以作为对电极材料替代贵金属Pt。采用一步水热法合成表面裸露(102)晶面的CoTe/Te复合纳米线,通过循环伏安法、电化学阻抗法以及Tafel极化曲线研究其对于I3-离子还原的催化活性。光电测试结果表明,基于表面裸露为(102)晶面Te掺杂的CoTe/Te的高催化活性,以其为非铂对电极,,构筑新型的CeO2基复合光阳极DSSCs,展现出优良的光电转换性能,为低成本DSSCs的实际应用提供理论基础。
[硕士论文] 胡转
化学工程与技术 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会和经济可持续的发展,能源作为人们生活和生产中不可缺少的重要组成部分,在推动社会发展的同时,也同样存在着环境污染的问题。因此,研究绿色高效的新能源解决人们长期以来面临的能源短缺问题是科学研究者关注的热点。锌-聚苯胺电池作为一种新型的将化学能转化为电能的储能器件,具有绿色环保、价格低廉、比能量高等优点,被认为是极具开发潜力的绿色新能源。然而,锌-聚苯胺电池由于存在一些固有的问题,迄今为止都未能实现商业化生产,主要问题有负极锌析氢腐蚀和锌枝晶的生长、正极聚苯胺的过充降解和其集流体易腐蚀等。本论文主要以锌-聚苯胺二次电池工业化生产的目的出发,从聚苯胺的合成成本和电池装配方式,开展了以下工作:
  (1)采用化学氧化聚合的方法,分别以自来水、去离子水、二次蒸馏水为溶剂合成聚苯胺。通过红外、紫外、多晶X射线、电子扫描电镜等表征手段对三种水合成的聚苯胺结构性质和形貌进行研究,结果表明,不同常用水的性质对聚苯胺的结构没有明显影响。其次,采用循环伏安、交流阻抗、单电极充放电等电化学方法对三种聚苯胺的电化学性能进行研究测试,实验结果表明,以自来水、去离子水、二次蒸馏水为溶剂合成聚苯胺的电化学性能在实验误差范围内没有明显差别。最后,以三种聚苯胺为正极材料,锌片为负极材料,组装成电池,对其进行电池性能测试,当溶剂为自来水时,锌-聚苯胺电池的放电比容量最大为108mAh g-1,而溶剂分别为去离子水、二次蒸馏水时,锌-聚苯胺电池的容量分别为106mAh g-1和107mAh g-1,这说明自来水作为溶剂合成的聚苯胺应用在锌-聚苯胺电池中具有极大的开发前景。
  (2)基于自来水合成的聚苯胺为电池的正极材料,锌片为负极材料,主要是对锌-聚苯胺二次电池的装配方式进行研究,设计了八种不同的锌-聚苯胺电池的装配方法。首先,对每种电池的装配方法和过程进行了详细的介绍,然后对这八种装配方式的锌-聚苯胺电池进行充放电性能测试,并且对电池的性能失效进行分析和总结。从电池的充放电结果可以得到,袋装式锌-聚苯胺电池(即第六种装配方式)在连续60个循环周期内最大放电比容量达到81mAh g-1,并且库伦效率都接近于100%,而其余七种装置方式的电池得到的最低放电比容量和库伦效率为12.7mAh g-1、35.7mAh g-1、50.6mAh g-1、59.3mAh g-1、16.4mAhg-1、25.4mAh g-1、12.2mAh g-1和6%、97%、97%、98.8%、2.8%、2.6%、98%(按第一到第八种排序),说明袋装式锌-聚苯胺电池具有良好的充放电性能。
  (3)袋装式锌-聚苯胺二次电池的研究主要是对关键工艺进行优化,主要包括:隔膜材料的选择、电解液的pH、正极极耳材料、乙炔黑和石墨粉的添加量、正极材料质量和成型压力、充放电倍率。根据实验结果得到最佳的袋装式锌-聚苯胺电池的工艺参数:隔膜为一层PE隔膜;电解液的pH为4.2;正极极耳材料为铜箔;乙炔黑和石墨粉的添加量为10%和5%;正极材料的质量为0.15g;成型压力为6MPa;在充放电倍率为0.1C时,电池的放电比容量最高达到108.7mAh g-1,并且库伦效率也保持在100%左右,这远远高于期望的容量值,当对应的充放电倍率为0.2C、0.3C、0.5C、1C时最大放电比容量依次为99.1mAh g-1、90mAh g-1、77.8mAh g-1、64.7mAh g-1,库伦效率也都接近100%。最后,做出循环性能和库伦效率都比较好的袋装式锌-聚苯胺电池,至少达到500次的充放电循环寿命,且负极锌片表面没有锌枝晶的生成。
[硕士论文] 张昌赛
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:输电线路承载着国民生产和生活所需的能源运输命脉,是电网系统的重要组成部分,线路巡检是有效保证输电线路安全运维的基础工作。长期以来,输电线路的巡检主要以人力徒步或直升机搭载光学相机的形式执行巡检,不但带来较高的生产成本和较长的作业周期,而且因人眼识别能力有限和图像的空间定位精度不高,所获取的信息不够准确。激光雷达(LiDAR)能够获取走廊场景的高精度三维空间几何信息,利用其采集的数据可以使高效且自动化精准检测输电线走廊树障危险点成为可能。另外,采用机载测量方式可以进一步提高效率并降低成本。因而,应用机载LiDAR测量技术执行输电线走廊巡检具备更为广阔的应用前景。
  本文首先从机载LiDAR获取的三维点云数据出发,根据点云特性和走廊内不同的地物特征,对走廊点云进行地物分类。之后挖掘了除点云之外的信息,结合气象条件和导线参数信息进行输电线工况模拟。在此基础上,结合电力线安全距离检测完成输电线路树障危险点预警分析。相关研究如下:
  (1)本文介绍了机载LiDAR系统组成和工作原理;重点阐述所采集的点云数据特性、存储形式以及常见的点云数据空间索引组织形式。寻找能够有效提高点云数据特征提取效率的点云索引方式。
  (2)本文研究了基于曲率和邻域特征的电力线分类。根据电力线本身线状特征,探讨了曲面特征对电力线点云识别的有效性。曲率的估计的要对一个点的临近点集构建二次曲面,而线状的电力线无法完成此构建,据此进行电力线识别分类。并结合邻域特征将噪声点去除,保留完整的电力线点。
  (3)通过地形滤波可将点云分为地面点和非地面点。进一步在非地面点中结合先验杆塔坐标定位杆塔,并根据圆柱形模型分类杆塔点。由于走廊内地物多为植被,从而提取杆塔点后保留的非地面点记为植被点。
  (4)在架空电力线力学理论基础上,结合气象条件和导线参数进行输电线工况模拟。模拟多种工况条件下(如高温、覆冰或大风舞动)的输电线形态,并将具有最大弧垂状态的输电线作为点云数据的辅助数据,执行安全距离检测,以实现输电走廊树障危险点预警分析。
  (已选择0条) 清除
公   告

北京万方数据股份有限公司在天猫、京东开具唯一官方授权的直营店铺:

1、天猫--万方数据教育专营店

2、京东--万方数据官方旗舰店

敬请广大用户关注、支持!查看详情

手机版

万方数据知识服务平台 扫码关注微信公众号

万方选题

学术圈
实名学术社交
订阅
收藏
快速查看收藏过的文献
客服
服务
回到
顶部