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华盛顿州立大学的研究人员已经找到了一种更有效地从水中生产氢气的方法,这对于可再生能源的生产和储存非常关键。“该建模方法有助于研究人员在原子层面上了解,铜原子如何提高催化剂性能,这能够帮助精确选择和调整元素来提高催化剂性能,”贝克曼说。
华盛顿州立大学的研究人员已经找到了一种更有效地从水中生产氢气的方法,这对于可再生能源的生产和储存非常关键。
由机械与材料工程学院教授YueheLin和斯科特贝克曼领导的研究团队,利用低成本材料开发出了一种催化剂。它的性能与目前应用的、贵金属生产的催化剂一样,甚至优于它们。
该研究成果发表在《先进能源材料》期刊上。
存储清洁能源
能源转换是清洁能源经济的关键。由于太阳能和风能会间歇性地产生电能,因此,非常需要一种方法将他们所创造的电力存储和保存起来。
存储可再生能源最有前景的方法之一是,利用可再生能源产生的多余电力,将水裂解为氢和氧;然后氢可用于氢燃料电池车。
“通过电解水制氢是将电力转化成化学燃料最环保的方式,”华盛顿州立大学的博士学生JunhuaSong说,他负责合成催化剂并承担了大部分的实验工作。
能源、材料昂贵
工业上还没有广泛使用水裂解工艺,因为这个过程需要昂贵的金属催化剂,——通常使用的是铂或钌。
许多水分解的方法需要大量的能源,或者需要分解速度特别快的材料。工业领域通常利用化石燃料来生产燃料电池所需的氢,这个过程会产生有害的温室气体排放。
对于他们的催化剂,华盛顿州立大学的研究团队将价格相对低廉的铜的纳米粒子添加到钴基催化剂中。新催化剂的导电能力优于常用的贵金属催化剂。它产生的氧气量也高于现有的商业催化剂,并且能够以类似的速度产生氢。
催化剂建模,实验方法
研究人员同时使用了理论建模和实验评估方法来确定和微调催化剂的有效性。
“该建模方法有助于研究人员在原子层面上了解,铜原子如何提高催化剂性能,这能够帮助精确选择和调整元素来提高催化剂性能,”贝克曼说。
“该研究团队在设计和提高非贵金属催化剂制氢方面提供了新的视角,”Lin说。“这个催化剂为开发高性能、电解制氢方法铺平了道路。”
研究人员正在寻找外部资金,进行深入研究。他们希望提高催化剂的稳定性和效率。
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1.电压的变化范围过大
电网供电不足,供电部门采取降压供电,或地处偏远地带,损耗过多,导致电压偏低。电网用电太少,导致电压偏高电压低负载不能正常工作,电压太高,负载使用寿命缩短,或将负载烧毁。
2.波形失真(或称谐波WaveformDistorTIon)
普遍的波形失真指标准电源波形的多种谐波。电网谐波产生的原因是整流器、UPS电源、电子调速装备、荧光灯系统、计算机、微波炉、节能灯、调光器等电力电子设备和电器设备中开关电源的使用或二次电源本身自身产生。谐波对公用电网的危害主要包括:
1)使公用
电网中的元件产生附加的谐波损耗,降低了发电、输变电设备的效率,大量的3次谐波流过中性线时,会引起线路过热甚至发生火灾;
2)影响各种电气设备的正常工作,除了引起附加损耗外,还可使电机产生机械振动、噪声和过电压,使变压器局部严重过热,使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,以致损坏;
3)会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,使前述的危害大大增加,甚至引起严重事故;
4)会导致继电保护和自动装置误动作,并使电气测量仪表计量不准确;
5)会对邻近的通信系统产生*,轻者产生噪声,降低通信质量,重者导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。
3.突波(或称电涌PowerSurges)
指在瞬间内(数毫秒间)输出电压有效值高于额定值110%,持续时间达一个或数个周期。是破坏精密电子设备的主要元凶。除受到雷击产生外另外主要是由于在电网上连接的大型电气设备关机开机时,电网因突然卸载而产生的高压。
电涌的危害:计算机技术发展至今,多层、超规模的集层芯片,电路密集,趋向是集成度更高、元器件间隙更小、导线更细。几年前,一平方厘米的计算机芯片有2,000个晶体管而现在的奔腾机则超过10,000,000个。从而增加了计算机受电涌损坏的概率。由于计算机的设计和结构决定了它应在特定的电压范围内工作。当电涌超出计算机能承受的水平时,计算机将出现数据乱码,芯片被损坏,部件提前老化,这些症状包括:出乎预料的数据错误,接收/输送数据的失败,丢失文档,工作失常,经常需要维修,原因不明的故障和硬件问题等等。雷电电涌远远超出了计算机和其它电气设备所能承受的水平,绝大多数情况下,造成计算机和其它电器设备的当即毁坏,或数据的永远丢失。即使是一个20马力的小型感应式发动机的启动或关闭也会产生3,000-5,000伏的电涌,使和它共用同一配电箱的计算机在每一次电涌中都会受到损坏或*,这种电涌的次数非常频繁。
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