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我院本科生在第十五届全国大学生节能减排社会实践及科研竞赛中获佳绩
发布时间:2022-09-15 20:14:15     发布者:崔同生     浏览次数:

2022年8月5日,“六百光年杯”第十五届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛在天津大学圆满落幕。经过为期半年的选拔和培训,我校推荐参加全国赛的15项作品13项获奖,其中一等奖2项、二等奖4项、三等奖7项。我院共三支队伍参加全国赛,取得了二等奖一项,三等奖两项的优异成绩。其中由我院彭创教授和王旭副教授指导,我院2019级本科生唐伟平作为队长主持的项目《用于“微电网储能”的低成本无公害双离子水系碱性电池》获全国二等奖,项目成员包括我院2019级本科生刘松操、王皓明、谭巳桃、汤若轩、陈雨桥。由我院周旻老师和电子信息学院谢银波老师指导,我院2019级本科生陈天骄作为队长主持的项目《“碳消自如”——二氧化碳矿化养护尾矿基砌块》获全国三等奖,项目成员包括我院2019本科生张新霖,邵爱坦,钟雅倩,李笑阳等。由我院汪的华教授和化学学院胡晓宏教授指导,我院2019级本科生高焌棋作为队长主持的项目《去芜存“氢”——基于可再生能源驱动的电解去污制氢一体化装置》获全国三等奖,项目成员还包括我院2019级本科生许思敏、贺雪慧等。

 

《用于“微电网储能”的低成本无公害双离子水系碱性电池》项目

针对现有蓄电池储能技术存在的成本较高、安全性能较差、潜在重金属污染等问题,本团队在水系钠电池基础上,将存储Na+的水系钠电池负极与可嵌入OH-的正极结合,设计了一种适用于微电网储能的双离子水系碱性电池。

该电池正负极分别为烧结法制备的Ni2P微球和碳包覆优化的NaTi2(PO4)3,通过烧结实现碳层对磷化镍原位复合,有利于提高电极材料在高电流条件下的反应动力学;对NaTi2(PO4)3碳包裹优化后增加其循环稳定性和导电性,通过多孔碳层的双电层行为减弱电池负极容量的短板效应。电池电解液为廉价且相对安全的NaOH水溶液,在充放电过程,负极和正极分别嵌入/脱嵌Na+和OH-,实现阴阳离子共同参与电极反应,进而提高器件比容量。

经实验测试和应用评估,电池容量可达到75 mAh g-1,总成本为0.35-0.45元/kW·h,约为铅酸电池的75%。此外,该电池具有全生命周期环保性等特点,不仅能实现有害物质零排放,降低后续处理的碳排放量,能满足微电网大规模装机需求,而且在启停电池、小型电动车等领域也有良好应用前景。

 

 

 

《“碳消自如”——二氧化碳矿化养护尾矿基砌块》项目

针对二氧化碳矿化养护传统混凝土所带来的环境压力和资源消耗,本团队基于二氧化碳矿化养护技术,考虑如何减少水泥消耗量和对已排出的二氧化碳进行回收利用,设计了一种基于尾矿和尾气处理的新型改进方法——二氧化碳矿化养护尾矿基砌块。

装置基于二氧化碳矿化养护技术设计养护箱,同时耦合多传感器协同的智能控制系统。养护箱根据传感器的反馈进行实时响应,实现对养护过程的自动化处理。混凝土制作使用粉煤灰、铅锌尾矿代替部分水泥,利用尾气中的二氧化碳进行矿化养护,实现固废和气废利用流程耦合,从而达到节能减排的目的。

经过实验测试,与传统养护方法相比,本项目使用固废降低水泥比例,有效减少水泥使用带来的碳排放量。每吨生态混凝土较等质量传统混凝土减少了90kg水泥用量,回收利用了320kg尾矿,减少二氧化碳排放超过165kg。此外,还可以通过合理的工业设计利用废气中的高温,促进碳酸化反应。本项目所制备的生态混凝土除了应用在工业固废和建筑材料领域,在矿区地下充填方面也有较好的应用前景。

 

 

 

 

 

《去芜存“氢”——基于可再生能源驱动的电解去污制氢一体化装置》项目

在“双碳”战略目标下,氢能是我们实现“净零脱碳”未来的重要途径。本作品为推动灰氢向绿氢转变,把产氢与印染废水处理相结合,以解决印染产业发展痛点,促进绿氢能源发展。

本作品利用太阳能、风能等可再生能源发电储能驱动,耦合电解水制氢和废水处理系统,制备高性能去污制氢一体化电解器。电解器基于质子交换膜电解水制氢技术,阳极和阴极通过质子交换膜紧贴形成膜电极,零间距结构,电解过程只需使用纯水。其中阴极制氢系统采用MoC-Mo2C异质结涂层析氢电极,电解器中央利用Nafion质子交换膜传递H+、阻碍气体交换,阳极采用PbO2膜电极。阴极区析出氢气,可以将氢气储存并进一步利用,阳极区通过电极析出O3,利用高级氧化体系处理印染废水。本装置在1.6 A/cm2下工作产氢效率可达79%,产臭氧效率达33%,年储能198×103 kW·h,年减排二氧化碳623 t。

本作品预期应用于印染工厂或生态工业园绿色处理综合废水,同时制取氢气进行储能,减少环境污染,降低企业的碳排放量;也可移植入家庭,营造无碳住宅;在光伏发电、风能发电地区起到储能作用。

 

 

 

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