严学成
,
贾毅
,
张龙舟
,
姚向东
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(17)62765-7
燃料电池因其高的能量转化效率和无污染的特点而被认为是目前最有发展前景的高效清洁发电技术,然而燃料电池迟缓的阴极氧还原反应(ORR)极大地降低了其整体性能.目前,铂碳(Pt/C)仍然是催化ORR最有效的催化剂.但是,由于Pt的价格很高以及其稳定性差等缺点极大地限制了燃料电池的大规模化应用,因此设计与开发廉价高效稳定的ORR电催化剂对实现燃料电池的大规模商业化应用具有重要的意义.在过去的几十年中,研究发现Pt和其他的非贵金属形成合金,如Pt-Fe,Pt-Ni和Pt-Co等不仅可以降低Pt的用量,而且也可以使所得催化剂具有较高的ORR活性.此外,研究发现核-壳结构也可以提高铂基ORR催化剂的活性与稳定性.但是,这些催化剂的制备一般会使用毒性和危险性较高的有机化学试剂并且其制备过程繁杂,因此并不适用于大规模的实际生产.从这个角度来说,开发一种简易的方法来制备高效廉价的ORR催化剂显得尤为重要.之前的研究表明,Pt的载体对提高所得ORR催化剂来说非常关键.可以发现大部分载体都是经过改进的碳材料,如微孔/介孔材料,杂原子掺杂的石墨烯以及缺陷碳等.尤其是我们课题组最近提出的一种缺陷催化机理表明,在碳材料中特定类型的缺陷(如缺陷活性炭(D-AC)和缺陷石墨烯等)可以使纯的碳材料具有很高的电催化活性.尽管D-AC的ORR催化活性在不含金属的催化剂中位居前列,但是其催化性能仍然比商业化的Pt/C差.鉴于此,如果我们可以通过使用具有较高ORR催化活性的D-AC作为Pt的载体而降低Pt的用量,但并不牺牲其催化活性,这将是一个很具有前景的方法来解决昂贵ORR催化剂的问题,进而有可能实现燃料电池的大规模化生产.在本研究中,我们通过一种简易的液相浸渍法以D-AC作为Pt的载体而制备了一种高效的ORR催化剂.具体来说,我们通过调节合成过程中的还原温度实现了控制所得催化剂中Pt颗粒尺寸的目的,同时我们也对催化剂中的Pt含量对其催化性能的影响进行了探讨.研究表明,所得催化剂中Pt的颗粒尺寸以及其结晶性都可能影响其ORR催化活性.更为重要的是,所得样品D-AC@5.0%Pt中含有约5 wt%的Pt,然而其在碱性条件下的ORR催化活性已经超过了商业化的含有20 wt%Pt的Pt/C,例如其起始电位和半波电位都优于商业化的Pt/C,并且其稳定性也比商业化的Pt/C好.除此之外,D-AC@5.0%Pt在催化ORR的过程中表现出了一种一步四电子的反应路径,而且中间产物过氧化氢的产率很低.所得催化剂D-AC@5.0%Pt优异的ORR反应活性表明D-AC中的特殊缺陷以及负载的Pt纳米颗粒都对提高其催化活性具有很大的贡献,同时也说明选择合适的载体对提高电催化剂的活性至关重要.实验结果还表明,D-AC@5.0%Pt在酸性条件下的ORR催化活性也有一定的提高,虽然比商业化的Pt/C要差一些.更进一步减小Pt的颗粒尺寸到亚纳米甚至原子级别可能会明显地提高其在酸性电解液中的ORR催化活性.
关键词:
活性炭
,
缺陷
,
铂
,
氧还原反应
,
燃料电池
吴康
,
任静
,
蒋洪德
,
工程热物理学报
本文通过构建由一级动静叶组成的外流影响下的轮缘密封问题的实验和数值模型,针对燃气轮机透平转静轮盘间隙的封严与入侵问题开展了研究.其中第一部分主要关注燃气入侵的主要影响因素,入侵气体在腔室内部的分布规律和最小封严流量.结果表明:静叶尾缘的压力分布是造成燃气入侵的主要原因,即在主流的压力大于密封腔室内压力的区域会出现燃气侵入腔室,造成局部温度过高;主流压力小于腔室内部的压力区域,密封气体能够较好的封严转静间隙.入侵气体和封严气体的掺混主要发生在腔内高半径处并在高速旋转的动盘引发的夹带作用下深入腔室内部低半径处.因此在轮缘密封的结构设计中需要全面的考虑这些因素的影响.
关键词:
整级透平
,
转静轮缘
,
封严与入侵
,
动盘夹带效应
吴康
,
任静
,
蒋洪德
工程热物理学报
本文通过构建由一级动静叶组成的外流影响下的轮缘密封问题的实验和数值模型,针对燃气轮机透平转静轮盘间隙的封严与入侵问题开展了研究.其中第二部分主要关注不同封严结构的特性.结果表明:复杂的封严结构能够避免主流和腔室内部气体的直接接触,增大主流入侵的沿程阻力和削弱主流的切向速度分量的影响.在本文的实验条件下,径向封严所需要的最小密封流量相较于轴向封严能够减少50％以上.
关键词:
转静轮缘
,
轴向封严
,
径向封严
,
双封严结构
贾惟
,
刘火星
工程热物理学报
在涡轮转静叶片排之间喷入冷气可以阻止高温燃气进入盘腔,但是冷气与主流的掺混损失对涡轮气动性能不利.本文采用数值计算的方法,研究了转静叶片排之间封严腔轴向位置和轴向间隙的变化对涡轮性能和端区流动的影响.结果表明,封严出流与主流的剪切作用形成了诱导涡,诱导涡随后发展成为通道涡并占据了端区二次流的主导地位.封严腔轴向位置和轴向间隙的改变使等熵效率和封严效率产生了相反的变化,因此在设计时要兼顾气动性能和冷却要求进行综合考虑.
关键词:
封严腔
,
轴向位置
,
轴向间隙
,
通道涡
,
涡轮性能
孙杰
,
石超
,
赵丹
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.008
采用空气等离子喷涂工艺制备了NiAl/AlBN封严涂层.研究了NiAl/AlBN涂层在5％(质量分数)NaCl溶液中的电偶腐蚀行为.结合极化曲线、开路电位和微观形貌(SEM)观察,对封严涂层的腐蚀机理进行了探讨.通过计算出的平均电偶电流密度,评价了NiAl/AlBN封严涂层的电偶腐蚀敏感性.结果表明,AlBN涂层的腐蚀电位较NiAl涂层低,两者相差约70mV,电偶腐蚀过程中,腐蚀电位较低的AlBN涂层作为电偶对的阳极发生腐蚀,NiAl涂层作为阴极得到保护.NiAl/AlBN涂层的电偶电流密度为3.5331μA/cm2.电偶腐蚀后,电偶对的阳极、阴极的自腐蚀电位均降低了,阳极电位从-808mV负移到-883mV,阴极电位从-740mV负移到一800mV;电偶电位为-814mV.随着腐蚀时间的延长,AlBN涂层的防护性能逐渐减弱.
关键词:
AlBN封严涂层
,
NiAl封严涂层
,
电偶腐蚀
纪国剑
,
吉洪湖
工程热物理学报
本文对篦齿-蜂窝封严结构的封严特性进行了三维数值仿真,研究了不同结构参数、旋转速度及气动参数对其封严特性的影响,并与篦齿-涂层封严结构进行了对比.结果表明:采用蜂窝结构能改变篦齿腔内气体的流动,有效降低泄漏;篦齿前后腔气动参数一定时,齿数增加、篦齿节流间隙宽度减小或转速增加,泄漏量和泄漏系数都会相应减少.
关键词:
篦齿封严
,
蜂窝
,
泄漏量
,
泄漏系数
许存官
,
杜令忠
,
张伟刚
,
杨滨
,
王璐
,
李纪
航空材料学报
doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2010.4.011
采用热喷涂技术制备了Ni/Al-Ni/石墨系统封严涂层,研究了涂层在盐雾环境中的腐蚀性能.结果表明:Ni/石墨涂层在5 % NaCl饱和氧溶液中(质量分数,下同)的腐蚀电位为-382.3 mV ,在去氧溶液中的腐蚀电位为-848.2mV.Ni/石墨面层经盐雾腐蚀后,腐蚀产物主要为无定形Ni(OH)2·xH2O,腐蚀导致涂层表面石墨掉落,涂层腐蚀失重与腐蚀时间遵循幂指数函数.在腐蚀初始阶段,涂层的结合强度变化不大,但是经过480h的腐蚀后,涂层的结合强度明显下降,960h时结合强度与初始值相比下降30%左右.腐蚀机理研究表明,由于Ni/石墨涂层内部存在孔隙,腐蚀介质沿着孔隙通道向内渗透.孔隙中充满腐蚀介质后涂层内外溶液交换困难,在涂层的表面和内部形成宏观腐蚀电池,加速了涂层内部金属相的腐蚀.
关键词:
Ni/石墨
,
封严涂层
,
盐雾腐蚀
,
热喷涂
,
结合强度
