燃料电池技术论文大全11篇

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1质子交换膜燃料电池的结构及原理

按照电解质的不同可将燃料电池分为磷酸燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等五类。PEMFC单电池由质子交换膜、气体扩散电极、双极板等构成，图1是其结构与工作原理示意图。

PEMFC的基本工作过程如下：

（1）氢气通过双极板上的导气通道到达电池的阳极，氢分子在催化剂的作用下解离形成氢离子和电子；

（2）氢离子以水合质子H+（xH2O）的形式通过电解质膜到达阴极，电子在阳极侧积累；

（3）氧气通过双极板到达阴极后，氧分子在催化剂的作用下变成氧离子，阴、阳极间形成一个电势差；

（4）阳极和阴极通过外电路连接起来，在阳极积聚的电子就会通过外电路到达阴极，形成电流，对负载做功。同时，在阴极侧反应生成水；

（5）只要持续不断地提供反应气体，PEMFC就可以连续工作，对外提供电能。

2质子交换膜燃料电池的特点

（1）高效率。PEMFC以电化学方式进行能量转换，不存在燃烧过程，不受卡诺循环限制，其理论热效率可达85-90%，目前的实际效率大约是内燃机的两倍。传统动力源为了提高效率必须将负荷限制在很小范围内，而PEMFC几乎在全部负荷范围内均有很高效率。

（2）模块化。PEMFC在结构上具有模块化的特点，可根据不同动力需求组合安装，采用“搭积木”式的设计方法简化了不同规模电堆的设计制造过程。

（3）高可靠性。由于PEMFC电堆采用模块化的设计方法，结构简单，易于维护。一旦某个单电池发生故障，可自动采取适当屏蔽措施，只会使系统输出功率略有下降，而不会导致整个动力系统的瘫痪。

（4）燃料多样性。PEMFC动力系统既可以纯氢为燃料，也可以重整气为燃料。氢气的来源可以是电解水的产物，也可以是对汽油、柴油、二甲醚等化石类燃料重整的产物。氢气的存储方式可以是高压气罐、液氢、金属氢化物等。

（5）环境友好。当采用纯氢为燃料时，PEMFC的唯一产物是水，可以做到零排放。以重整气为燃料时，相对于内燃机而言，排放也极大降低。此外，PEMFC噪声水平也很低，各结构部件均可回收利用。3研究现状

3.1关键部件

电解质膜、双极板、催化剂及气体扩散电极是质子交换膜燃料电池的四大关键部件。

电解质膜是PEMFC的核心部件，它直接影响燃料电池的性能与寿命。1962年美国杜邦公司研制成功全氟磺酸型质子交换膜，1966年开始用于燃料电池，其商业型号为Nafion，至今仍广泛使用。但由于Nafion膜成本较高，各国科学家正在研究部分氟化或非氟质子交换膜。

双极板在PEMFC中起着支撑、集流、分割氧化剂与还原剂并引导气体在电池内电极表面流动的作用，目前广泛采用的是以石墨为材料，在其上加工出引导气体流动的流场，基本流场形式有蛇形、平行、交指及网格状等。

铂基催化剂是目前性能最好的电极催化剂，为提高利用率，铂以纳米级颗粒形式高分散地担载到导电、抗腐蚀的担体上，目前广泛采用的担体为乙炔炭黑，比表面积约为250m2/g，平均粒径为30nm。

PEMFC的气体扩散电极由两层构成，一层为起支撑作用的扩散层，另一层为电化学反应进行的场所催化层。扩散层一般选用炭材如石墨化炭纸或炭布制备，应具备高孔隙率和适宜的孔分布，不产生腐蚀或降解。根据制备工艺和厚度不同，催化层分为厚层憎水、薄层亲水及超薄三种类型。

3.2测控系统

PEMFC的工作性能受多种因素（温度、压力等）的影响，为确保PEMFC正常运行，提高其可靠性和有效性，就必须监测各个影响因素。即运用有效的措施来连续监测PEMFC运行的关键或重要状态，并对收集到的信息进行必要的分析和处理，以便做到故障预测和及时诊断，为PEMFC管理系统提供依据。目前，进行PEMFC测试系统相关方面研究的公司和机构众多，但仍没有制定出有关PEMFC测试的国际标准和相应的标准测试设备，不过已有实用的测试系统投入使用。加拿大Hydrogenics公司的燃料电池测试站（FCATS）、美国Arbin公司的集成燃料电池测试系统（FCTS）是其中的突出代表。

4质子交换膜燃料电池的应用

质子交换膜燃料电池是目前各种燃料电池中实用程度较高的一类。其优越性不仅限于能量转换效率高、工作温度低，还体现在其可在较大的电流密度下工作，适宜于较频繁启动的场合。因此世界各大汽车生产厂商一致看好其在汽车工业中的应用前景，PEMFC已成为现今燃料电池汽车动力的主要发展方向。目前，通用、丰田等世界上知名的汽车公司，都在积极开发以PEMFC系统为动力源的PEMFC电动车，曾先后推出各种类型的样车，并进行PEMFC电动车队的示范运行。PEMFC电动车以其优异的性能和环境污染很少等突出特点引起了人们的普遍关注，甚至被认为将是21世纪内燃机汽车最为有力的竞争者。

此外，在航空航天特别是无人飞行器领域，以及家庭电源、分散电站、移动电子设备电源、水下机器人及潜艇不依赖空气推进电源等方面也有广泛应用前景。

5质子交换膜燃料电池的发展趋势

在关键部件方面，围绕电解质膜、催化剂及双极板的研究方兴未艾。全氟型磺酸膜价格昂贵，开发非全氟的廉价质子交换膜是今后的研究方向。近年来，新型质子交换膜的的研究热点是开发能够在100℃以上使用的高温电解质膜。在催化剂方面，研制高性能抗CO中毒电极催化剂是最紧迫的任务，此外，还要寻找非贵金属氮化物或碳化物作为现有铂催化剂的替代。目前广泛使用的石墨板具有较好的耐腐蚀能力和较高的热导率，但成本较高，加工难度大，强度、电导率和可回收性均不如金属板。金属板目前急需解决的问题是表面处理，以提高其耐腐蚀能力。复合材料双极板则结合了纯石墨板和金属板的优点，具有耐腐蚀、体积小、质量轻、强度大及工艺性良好等特点，是未来发展的趋势。

在电堆方面，今后的研究重点将是使电堆中的电池单元的性能接近于单电池的性能，这就需要对电堆的结构进行优化，保证电堆中每一片电池单元的整个活性面积处于一致的操作环境，并优化水、热管理，改善电流密度分布的均匀性。

篇（2）

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0003-02

微生物燃料电池（Microbial fuel cells， MFCs）是一种新兴的高效的生物质能利用方式，它利用细菌分解生物质产生生物电能，具有无污染、能量转化效率高、适用范围广泛等优点。因此MFCs逐渐成为现今社会的研究热点之一。

1 微生物燃料电池的工作原理

图1是典型的双室结构MFCs工作原理示意图，系统主要由阳极、阴极和将阴阳极分开的质子交换膜构成。阳极室中的产电菌催化氧化有机物，使其直接生成质子、电子和代谢产物，氧化过程中产生的电子通过载体传送到电极表面。根据微生物的性质，电子传送的载体可以为外源、与呼吸链有关的NADH和色素分子以及微生物代谢的还原性物质。阳极产生的H+透过质子交换膜扩散到阴极，而阳极产生的电子流经外电路循环到达电池的阴极，电子在流过外电阻时输出电能。电子在阴极催化剂作用下，与阴极室中的电子接受体结合，并发生还原反应[1]。

下面以典型的葡萄糖为底物的反应为例说明MFCs的工作原理，反应中氧气为电子受体，反应完成后葡萄糖完全被氧化[2]。

2 微生物燃料电池的分类

目前为止，MFCs的分类方法没有统一标准，通常有以下几种分类方法。

（1）基于产电原理进行分类，包括氢MFCs、光能自养MFCs和化能异养MFCs。氢MFCs的原理是利用微生物制氢，同时利用涂有化学催化剂的电极氧化氢气发电；光能自养MFCs是利用藻青菌或其他感光微生物的光合作用直接将光能转化为电能；而化能异养MFCs则是在厌氧或兼性微生物的作用下，从有机底物中提取电子并转移到电极上，实现电力输出[3]。

（2）基于电池构型进行分类，包括单极室微生物燃料电池、双极室微生物燃料电池和多级串联MFCs。图1中的微生物燃料电池即为双极室结构，电池通过质子交换膜分为阳极室和阴极室两个极室。单极室MFCs则以空气阴极MFCs为主，将阴极与质子交换膜合为一体，甚至是去除质子交换膜。为了提高产电量，将多个独立的燃料电池串联，就形成了多级串联MFCs[4]。

（3）基于电子转移方式分类，包括直接微生物燃料电池和间接微生物燃料电池两类。直接微生物燃料电池是指底物直接在电极上被氧化，电子直接由底物分子转移到电极，生物催化剂的作用是催化在电极表面上的反应。间接微生物燃料电池的底物不在电极上氧化，而是在电解液中或其它地方发生氧化后，产生的电子由电子介体运载到电极上去[5]。

（4）基于电子从细菌到电极转移方式进行分类，可分为有介体MFCs和无介体MFCs两类。电子需要借助外加的电子中介体才能从呼吸链及内部代谢物中转移到阳极，这类为有介体MFCs。某些微生物可在无电子传递中间体存在的条件下，吸附并生长在电极的表面，并将电子直接传递给电极，这称为无介体MFCs。

3 电池性能的制约因素[6～7]

迄今为止，MFCs的性能远低于理想状态。制约MFC性能的因素包括动力学因素、内阻因素和传递因素等。

动力学制约的主要表现为活化电势较高，致使在阳极或者阴极上的表面反应速率较低，难以获得较高的输出功率[8]。内电阻具有提高电池的输出功率的作用，主要取决于电极间电解液的阻力和质子交换膜的阻力。缩短电极间距、增加离子浓度均可降低内阻。不用质子交换膜也可以大大降低MFC的内阻，这时得到的最大功率密度为有质子交换膜的5倍，但必须注意氧气扩散的问题[9]。另一个重要制约因素为电子传递过程中的反应物到微生物活性位间的传质阻力和阴极区电子最终受体的扩散速率。最终电子受体采用铁氰酸盐或阴极介体使用铁氰化物均可以获得更大的输出功率和电流。

另外，微生物对底物的亲和力、微生物的最大生长率、生物量负荷、反应器搅拌情况、操作温度和酸碱度均对微生物燃料电池内的物质传递有影响[10]。

4 微生物燃料电池的应用

（1）废水处理与环境污染治理。

微生物燃料电池可以同步废水处理和产电，是一种废水资源化技术。把MFC用于废水处理是其最有前景的一个应用方向，也是当前微生物燃料电池的研究热点之一。同时，在生物脱氮、脱硫、重金属污染的生物治理等方面MFCs也具有不可忽视的作用。

（2）海水淡化。

普通的海水淡化处理技术条件苛刻，需要高压、高效能的转化膜，有的还要消耗大量的电能，故不能大规模的处理，并且成本较高，难以有效地解决海水淡化问题。如果找到一种高效的产电微生物和特殊的PEM交换膜，那么MFC，就可以达到海水淡化的目的，而且具有能耗低，环保和可持续的优点。利用MFC淡化海水也将成为具有发展潜力的研究方向[11]。

（3）便携式电源。

微生物燃料电池能够利用环境中自然产生的燃料和氧化剂变为电能，用于替代常规能源。可以为水下无人驾驶运输工具、环境监测设备的长期自主操作提供电源。

（4）植物MFCs。

通过光合作用，植根在阳极室的绿色植物将二氧化碳转换为碳水化合物，在根部形成根瘤沉积物；植物根系中的根瘤沉积物被具有电化学活性的微生物转化为二氧化碳，同时产生电子。这种植物MFCs能够原位将太阳能直接转换为电能[12]。

（5）人造器官的动力源[13]。

微生物燃料电池可以利用人体内的葡萄糖和氧气产生能量。作为人造器官的动力源，需要长期稳定的能量供给，而人体内源源不断的葡萄糖摄入恰好可以满足MFC作为这种动力源的燃料需要。

5 微生物燃料电池技术研究展望

MFCs技术正在不断成长并且已经在许多方面取得了重大突破。但是，由于其功率偏低，该技术还没有实现真正的大规模实际应用。基于其产电性能的制约因素，今后的研究方向主要可归纳为以下几点。

（1）深入研究并完善MFCs的产电理论。MFCs产电理论研究处于起步阶段，电池输出功率较低，严重制约了MFCs的实际应用。MFCs中产电微生物的生长代谢过程，产电呼吸代谢过程以及利用阳极作为电子受体的本质是今后的研究重点[14]。

（2）筛选与培育高活性微生物。目前大多数微生物燃料电池所用微生物品种单一。要达到实际应用的目的，需要寻找自身可产生氧化还原介体的高活性微生物和具有膜结合电子传递化合物质的微生物。今后的研究应致力于发现和选择这种高活性微生。

（3）优化反应器的结构。研究与开发单室结构和多级串联微生物燃料电池。利用微生物固定化技术、贵金属修饰技术等改善电极的结构和性能。选择吸附性能好、导电性好的材料作为阳极，选择吸氧电位高且易于扑捉质子的材料作为阴极[15]。

（4）改进或替代质子交换膜。质子交换膜的质量与性质直接关系到微生物燃料电池的工作效率及产电能力。另外，目前所用的质子交换膜成本过高，不利于实现工业化。今后应设法提高质子交换膜的穿透性以及建立非间隔化的生物电池[16]。

6 结语

MFCs作为一种可再生的清洁能源技术正在迅速兴起，并已逐步显现出它独有的社会价值和市场潜力。随着研究的不断深入以及生物电化学的不断进步，MFCs必将得到不断地推广和应用[17]。

参考文献

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[11] 何建瑜，刘雪珠，陶诗，等.微生物燃料电池研究进展[J].安徽农业科学，2013，41（2）：785-788，793.

[12] 刘宏芳，郑碧君.微生物燃料电池[J].化学进展，2009，21（6）：1349-1355.

[13] 朱宁正.同步废水处理及产能的微生物燃料电池[D].哈尔滨工程大学硕士论文，2009.

[14] 卢娜，周顺桂，倪晋仁.微生物燃料电池的产电机制[J].化工进展，2008，20（7～8）：1233-1240.

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2009

Hardback

ISBN 9781848003378

Shin’ya Obara著

燃料电池技术作为一种新型发电技术引起了越来越多人的关注,技术水平也得到了很大发展,本书介绍了由燃料电池及其它发电装置构成的分布式发电机组所组成的微电网的相关技术,作者Shin’ya Obara为日本苫小牧国家科技学院的教授,JSME,ASME,IEEE等多个学会成员,是《The Open Fuels and Energy Science Journal》,《Journal of Computational Science and Technology》,《International Conference on Electric Power and Energy Conversion Systems》,《Applied Mathematical Modeling》等多个杂志审稿人,出版著作17本,发表科技论文100多篇。

本书分为13章。1.考虑部分负荷及负荷波动的小型燃料电池热电联供系统,介绍了系统的组成与布置、能量平衡与目标函数、能量输出特性等内容;2.燃料电池供能网络最小成本优化配置方案,介绍了系统方案、热水管路系统释放热能的数量、能量平衡、成本计算与目标函数、分析方法与案例研究、分析结果等内容;3.分区协作管理模式引起的发电效率的提高,介绍了系统布置、微电网的发电效率、电力需求模型、分析方法并进行了案例研究,对分析结果进行了讨论;4.采用负荷平衡及放热损失方法考虑减小燃料电池容量的燃料电池供电系统,介绍了负荷平衡和燃料电池的布置方案、分析方法并进行了案例分析;5.柴油发电装置与燃料电池混合互联微电网的设备布置方案,介绍了微电网模型、混合互联微电网模型、设备布置、混合互联微电网运行方法、柴油发电机特性与质子交换膜型燃料电池特性、系统分析方法并进行了案例研究;6.分布式燃料电池废热的有效利用分析法,介绍了热水管路放热的途径与数量、热能平、热水管路系统放热的数量、燃料电池发电与供热特性、能量需求方式与燃料电池容量,并进行了案例分析,对分析结果进行了研究;7.寒冷地区独立房间燃料电池的负荷相应特性,介绍了系统布置、每部分装置的时间常数、分析方法、分析结果与讨论;8.可以控制装置数量的燃料电池微电网的负荷响应特性,介绍了微电网的电能质量、系统中各配置装置的响应特性、控制变量与分析方法、微电网的负荷响应特性;9.质子交换膜燃料电池与木质生物质发电机混合微电网动态特性,介绍了系统方案、质子交换膜燃料电池与斯特林发电机的控制响应特性、该混合微电网动态特性分析结果;10.考虑到部分负荷运行时效率TIGA的燃料电池与氢发动机混合系统,介绍了系统方案、设备特性,该混合系统的电力与热能输出特性,案例分析与结果讨论;11.氢气化城市煤气发动机与燃料电池混合微电网二氧化碳排放分析,介绍了系统方案、设备特性、案例分析与结果讨论;12.带太阳能重整装置的燃料电池系统的快速运算法则的发展,介绍了系统方案、能量与质量平衡、该系统的动态运行预测、案例分析与结果讨论;13.燃料电池与风力发电机微电网的功率特性,介绍了微电网模型,系统布置设备的响应特性,控制参数与分析方法,微电网的负荷响应特性。

本书结构清晰,表述深入浅出,理论分析之后都有相应的案例分析,有利于对所述内容的理解。该书既可以作为电力相关专业本科生或研究生的教科书,也可以作为相关领域研究人员的参考资料。

论立勇,博士生

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1.1微型燃气轮机

微型燃气轮机（MicroTurbine）,是功率为几千瓦至几十千瓦，转速为96000r/min，以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，工作温度500℃，其发电效率可达30%。目前国外已进入示范阶段。其技术关键是高速轴承、高温材料、部件加工等。可见，电工技术的突破常常取决于材料科学的进步。

1.2燃料电池

燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的装置。它是一种很有发展前途的洁净和高效的发电方式，被称为21世纪的分布式电源。

1.2.1燃料电池的工作原理

燃料电池的工作原理颇似电解水的逆过程。氢基燃料送入燃料电池的阳极(电源的负极)转变为氢离子，空气中的氧气送入燃料电池的阴极(电源的正极)，负氧离子通过2极间离子导电的电解质到达阳极与氢离子结合成水，外电路则形成电流。

通常，完整的燃料电池发电系统由电池堆、燃料供给系统、空气供给系统、冷却系统、电力电子换流器、保护与控制及仪表系统组成。其中，电池堆是核心。低温燃料电池还应配备燃料改质器（又称为燃料重整器）。高温燃料电池具有内重整功能，无须配备重整器。磷酸型燃料电池（PAFC）是目前技术成熟、已商业化的燃料电池。现在已能生产大容量加压型11MW的设备及便携式250kW等各种设备。第2代燃料电池的溶融碳酸盐电池（MCFC），工作在高温（600～700℃）下，重整反应可以在内部进行，可用于规模发电，现在正在进行兆瓦级的验证试验。固体电解质燃料电池（SOFC）被称为第3代燃料电池。由于电解质是氧化锆等固体电解质，未来可用于煤基燃料发电。质子交换膜燃料电池是最有希望的电动车电源。

1.2.2性能和特点

燃料电池有以下优点：（1）有很高的效率，以氢为燃料的燃料电池，理论发电效率可达100%。熔融碳酸盐燃料电池，实际效率可达58.4%。通过热电联产或联合循环综合利用热能，燃料电池的综合热效率可望达到80%以上。燃料电池发电效率与规模基本无关，小型设备也能得到高效率。（2）处于热备用状态，燃料电池跟随负荷变化的能力非常强，可以在1s内跟随50%的负荷变化。(3)噪音低；可以实现实际上的零排放；省水。（4）安装周期短，安装位置灵活，可省去新建输配电系统

目前燃料电池大规模应用的障碍是造价高，在经济性上要与常规发电方式竞争尚需时日。

1.2.3技术关键和研究课题

燃料电池的技术关键涉及电池性能、寿命、大型化、价格等与商业化有关的项目，主要涉及新的电解质材料和催化剂。熔融碳酸盐电池（MCFC）在高温条件下液体电解质的损失和腐蚀渗漏降低了电池的寿命，使MCFC的大型化及实用化受到限制。需要解决电池构成材料的腐蚀；电极细孔构造变化使电池性能下降等问题。固体氧化物燃料电池（SOFC）使用固体电解质且工作温度很高,对构成材料及其加工有特殊要求。为了得到高温下化学性稳定和致密性（不通过气体）的电解质，在氧化锆中加入Y2O3生成钇稳定氧化锆。为了降低工作温度，应尽可能减少电解质薄膜厚度。通常采用熔射法、烧结法和电化学蒸发涂层法制备电解质薄膜。实用的电解质膜的厚度为0.03～0.05mm。比较先进的已达到0.01mm。这样薄的电解质陶瓷材料除应当有足够的机械强度外，必须具有高度的气体致密性，否则将丧失燃料电池的性能。燃料极使用镍锆等耐热金属陶瓷，镍还用作燃料重整的催化剂，空气极在运行中处在高温氧化中，难以使用一般金属。铂的稳定性好，但费用昂贵，需要寻找替代材料，可用电子导电陶瓷。为了降低工作温度，另外一个重要的研究方向是寻找低温的质子导电的电解质。工作温度倘若能降低到700℃以下，SOFC的造价就可以大幅度降低。论文百事通

2.大功率电力电子技术的应用硅片引起的“第

2.1大功率电力电子器件的重大进展

电力电子学（PowerElectronics）的应用已经有多年的历史。电力电子学器件用于电力拖动、变频调速、大功率换流已经是比较成熟的技术。大功率电子器件（HighPowerElectronics）的快速发展也引起了电力系统的重大变革，通常称为硅片引起的第。

近年来，大功率电子器件已经广泛应用于电力的一次系统。可控硅（晶闸管）用于高压直流输电已经有很长的历史。大功率电子器件应用于灵活的交流输电（FACTS）、定质电力技术（CustomPower）以及新一代直流输电技术则是近10年的事。新的大功率电力电子器件的研究开发和应用，将成为电力研究前沿。新晨

2.2灵活交流输电技术(FACTS)

灵活交流输电技术是指电力电子技术与现代控制技术结合以实现对电力系统电压、参数(如线路阻抗)、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。

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关键词：陶瓷膜 新材料

1陶瓷膜技术发展概况

陶瓷膜也称CT膜，是固态膜的一种，最早由日本的大日本印刷公司和东洋油墨公司在1996年开发引入市场。2004年7月，北美陶瓷技术公司顺利完成了其价值超过500万美元的新型双磨盘研磨机的组装，该设备在制备超薄陶瓷膜的生产技术上首屈一指，这同时也使得公司在制备超平、超完整陶瓷膜上的技术大大提升。

2陶瓷膜的广泛应用

2.1提纯用陶瓷过滤膜

2004年8月，由北京迈胜普技术有限公司与山东鲁抗医药有限公司研制的陶瓷膜过滤系统用于某种抗生素的分离提纯获得成功，这不仅优化了此种抗生素的生产工艺，而目使抗生素收率提高15%，这是我国首次将陶瓷膜技术运用于抗生素生产。抗生素的分离提纯，必须经过对发酵液的过滤和对滤出的药液进行树脂交换。目前，许多抗生素生产企业对氨基糖苷类抗生素发酵液的分离提纯均采用真空转鼓过滤器，这种工艺需先将发酵液酸化调至一定的pH值，然后用敷设助滤剂层的真空转鼓过滤器进行预过滤，再用板框进行复滤及树脂交换。采用这种工艺不仅过程繁琐，而目有效成分收率低，仅过滤和树脂交换过程的收率损失达30%。

2.2镀陶瓷包装膜

在食品包装领域，近年越来越引人注目的是具有高功能性和良好环保适应性的透明镀陶瓷膜。这种膜尽管目前价格较高，物理性能还有待进一步改进，但可预期在不远的将来它将在食品包装材料中占据重要的地位。陶瓷膜的加工镀膜方法与通常的镀金属方法相似，基本上按我们己知的加工法进行。镀陶瓷膜由PET（12μm）陶瓷（Si0x）组成。氧化硅能分成4类，即Si0，Si304，Si203，Si02。对这种膜的主要要求是具有良好的透明度、极佳的阻隔性、优良的耐蒸煮性、较好的可透过微波性与良好的环境保护性以及良好的机械性能[2]。

镀陶瓷膜首先用作细条实心面的调味品包装材料。其优良的包装性能引起了人们的注意。由于这种膜保味性极佳，因此，尤其适合于包装易升华产品，如茶（樟脑）之类的易挥发材质。由于其极好的阻隔性，除了作为高阻隔性包装材料和作食品包装材料用外、预计还可用在微波容器上作为盖材，在调味品、精密机械零配件、电子零件、药物和医药仪器等方而作为包装材料。随着加工技术的进一步发展，如果这种膜在成本上大幅下降，那么它将得到迅速推广和应用。

2.3 燃料电池陶瓷膜

我国“863”计划固体氧化物燃料电池（SOFC）项目经过对新型中温固体氧化物陶瓷膜燃料电池的长期研制，把陶瓷膜制备技术开拓应用于SOFC的制作，把通常SOFC的高温（1000-900℃）拓延到中温阶段（700-500℃）。目前中国科技大学无机膜研究所己经研制成功的新型中温陶瓷膜燃料电池，是一种以陶瓷膜作为电解质的燃料电池。电池部件薄膜化以后，降低了电池的内阻，提高了有用功率的输出，不需要高温的条件下实现了中温化，操作温度降到700-500℃[4]。这种新型燃料电池继承了高温SOFC的优点，同时降低了成本。此类陶瓷膜燃料电池具有广阔的应用前景[5]。

结束语

陶瓷膜的研究始于20世纪40年代，其发展可分为3个阶段：用于铀的同位素分离的核工业时期，于20世纪80年代建成了膜面积达400万平方米的陶瓷膜的富集256UF6工厂，以无机微滤膜和超滤膜为主的液体分离时期和以膜催化反应为核心的全面发展的时期。

总之，随着科学技术的发展，陶瓷膜作为一种新型的材料，在各行各业的领域中，发挥着巨大的作用。其前景也越来越广阔。

参考文献：

[1]詹捷，陈小安，王永刚，等.工程陶瓷材料精密加工技术.机械工艺师，1998（6）：11_12.

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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.180

1 课题背景和意义

当前技术条件下，电动汽车使用的大功率直流变换器大都有功率损耗大，能量转换率低等缺陷。且很多设计方案大都忽略燃料电池等电源软输出的特性。因此，设计出符合其特性条件的大功率直流变换器，不仅可以使燃料电池的输出特性得到改善，还可以使燃料电池得到很好的保护，延长其使用寿命。

双向DC-DC变换器是电动汽车动力驱动系统的核心组成部件，也是构成能量双向流动、有效管理能量以及提高动力性能的关节所在。

2 电动汽车双向直流传动系统

2.1 双向DC-DC变换器的控制方式

电动汽车的电机是经典的有源型负载，因为有较宽的转速调节范围，在行车时又要经常的进行加减速，而且在其工作中，蓄电池电压的变化范围非常大。若想在一定负载范围内使蓄电池组的电压稳定在一较高的值上，可使用DC/DC（Direct Current-Direct Current）变换器来实现，同时还可以很大程度上提高电机的驱动性能。

2.2 双向DC-DC变换器的应用特点

当使用双向DC-DC变换器来直接驱动电动机旋转时，因为电动机电流纹波与加在输入电压的瞬时值和反电动势间的电压差值成正比，则调节逆变器的直流侧输入电压可通过双向DC-DC变换器调控电动机的转速来实现，进而减小其电流纹波。其次，蓄电池组或另加的大容量电容器可以通过双向DC-DC变换器控制反向制动电流来补充电能，而使电动汽车的接车效率得以提高。

3 系统工作模式分析

双向DC-DC变换器可使能量双向流动，需能量双向流动时能使系统的体重和成本大幅降低，在航空电源系统和电动汽车驱动及蓄电池充放电维护等很多方面都得到了普遍的应用。

3.1 燃料电池动力系统工作模式分析

双半桥双向变换器在隔离变压器的两侧分别是一对称半桥。两半桥之间的移相控制变换器中的功率传输即可，不需额外的辅助开关或无源谐振装置，其中所有的开关都可工作在零电压开通状态，且开关电压应力较低。此外电路中不存在大型延时器，变换器动态响应也很快，因此多用作燃料电池的辅助结构。此变换器可使功率双向流动，与其优势在于：组件少；较大的负载范围内实现软开关不需要辅助器件和谐振电路；能很轻松地进行控制；能轻易分配每一个输入端的功率。

3.2 双向DC-DC变换器工作模式分析

要求可通过双向DC-DC变换器来实现：在蓄电池开始工作给电时，系统中的双向DC-DC变换器正向升压，当系统的输入电压出入不够稳定的情况时，可以把输出主线的电压处在一个高压的状态下，这时系统会立即开启能量电池，这样就会使电动机的工作性能得到非常大的提升，非常实用。反之，减速、刹车的时候，系统中的双向DC-DC变换器反向降压充电，把电动机制动时产生的附加能量回收给蓄电池组或电容补充消耗的电能。

将蓄电池、燃料电池（主电源装置）有效地与负载结合起来，这并不是非常简单的事，需要有一种双端口双向DC-DC变换器，蓄电池和逆变器接口电路选用双端口双半桥DC-DC变换器。

以汽车行车的各种形态为基础，采用蓄电池、燃料电池的电动汽车驱动系统有三种不同的状态模式：

模式1：开启和加速的时候，负载的功率要求燃料电池和储能电容等一起供电才可以，单独靠燃料电池输出是不行的；模式2：行车速度稳定时，燃料电池在为牵引电机供电的基础上，还要给蓄电池充电，使其达到最优状态，以免加速时不能有效的工作，有时还需要回收附加能量；模式3：减速的时候，电池不输出电能功率，电动机反向工作在发电的形态，蓄电池吸收附加能量进行补充电能。

在模式1中，蓄电池放电，变换器升压，向高压侧充入能量，使其上升保持在期望值；模式3 时，变换器减压，回收制动过程中的附加能量来补充电能；模式2里，变换器处在中间状态。通过设计合理的变换器调控方法，可以实现对附加能量的高效回收和功率的良好分配，调整电能流动方向则以负载状况的差异为基础来进行，进而明确变换器进行的状态。

4 双半桥双向DC-DC拓扑结构

4.1 主功率的拓扑结构

双向DC-DC变换器也有正激式、反激式、推挽式、桥式、电流馈式及其它一些混合式的隔离型变换结构。在DC-DC变换器中，由正反单管等构成的电路多普遍应用在功率不大的地方，半桥变换器多应用于中、大功率中。隔离型的DC-DC变换器当中，正激式的变压器的磁化情况是单方向的，进而降低了其利用率。

电压电流应力较小的半桥DC-DC变换器，其功率变压器的磁化是双方向的，则就大功率输出方面实现起来也就容易许多。这类变换器有电压型和电流型两种。电压型DC-DC全桥变换器电路结构简单、容易控制，类似于Buck型；电感在输入电源侧的电流型则与Boost型相似，适用于功率因数校正的大功率电路。

4.2 控制方案

桥电路用了移相软开关之后，可实现功率管的ZVS方案，保持开关频率的稳定持续。但在另一方面，谐振电感会丢掉副边一定的占空比值，也会造成环流损耗。对于副边占空比丢失，可用可饱和电感代替谐振电感；也可用降低谐振电感的方式来解决。而对于环流，可用零电压零电流开关来处理解决，就是用左侧负责零电压开关，右侧负责零电流开关，但若想阻断变压器圆边电流的反向通路，需将阻断二极管、阻断电容器等串接到变换器主电路中。因为元件并非是理想的，变换器运行过程中其会产生通态损耗，在输入低电压大电流时，经济成本非常大。综合考虑后，决定方案为零电压开关结合PWM加移相控制。

参考文献：

篇（7）

以3D打印机喷嘴替代这个注射器，意味着人们可以3D打印制造包含金属丝的塑料制品。这种液态金属不同于液态水银，它没有毒性，因此可安全用于商业生产，然而这种液体金属成本并不低，大约是制造3D塑料物品的100倍。

编译/悠悠

蚯蚓粪便有温度记忆 可帮助预测气候变化

英国约克大学和雷丁大学的科学家发现预测气候变化的“金钥匙”就隐藏在蚯蚓的粪便中。根据他们的研究发现，蚯蚓粪便中的微小方解石颗粒能够保留对空气温度的“记忆”。这种“记忆”有助于科学家预测气候变化。

研究过程中，科学家将蚯蚓放置在不同温度环境下，而后对粪便进行检测。检测结果显示粪便中的微小方解石颗粒能够保留对空气温度的“记忆”。这也就意味着通过研究蚯蚓粪便的化石样本和测试粪便内方解石的残余温度，科学家便能了解地球气候在长达数千年时间里发生的变化。

方解石是一种类似白垩的物质，它们随温度发生的变化可用于预测未来的气候变化趋势。科学家在论文中指出，在蚯蚓排便时，粪便中微小的方解石颗粒会记录下与周围环境温度有关的信息。在将蚯蚓放置在不同温度环境下进行研究之后，科学家验证了这一点。

目前，研究人员正在年代可追溯到数千年前的考古遗址收集样本，将描绘出一幅展示过去气候的图画，同时预测未来的气候变化趋势。

编译/杨孝文

地球曾有两颗卫星另一颗“夭折”

美国加利福尼亚州大学圣克鲁斯分校的月球学家埃里克·阿斯哈格教授认为地球一度拥有两颗卫星，另一颗体积较小，诞生几百万年后便“夭折”。当时，这颗卫星与另一颗卫星相撞，最后香消玉殒。在英国皇家学会9月举行的一场与月球有关的会议上，阿斯哈格将解释他的双卫星理论。

阿斯哈格指出：“第二颗卫星只存在了几百万年，随后与另一颗卫星相撞。撞击之后，地球就只剩下一颗卫星，也就是我们今天看到的月球。这颗卫星“夭折”前一直以相同的速度环绕地球运行同时与地球保持相同的距离。随着时间的推移，它逐渐接近另一颗卫星，最后发生相撞。”阿斯哈格表示，他认为月球地貌应该是两颗卫星的撞击残余。较小卫星的体积据悉只有另一颗卫星的大约三十分之一。

地球及其卫星据悉诞生于太阳系出现后的3000万年至1.3亿年之间。太阳系在大约46亿年前形成。迄今为止，科学家共发现9颗所谓的“超级地球”。超级地球是指质量是地球1到10倍的行星。

编译/杨孝文

灭绝百年“食尸苍蝇”再现踪迹

“骨骼队长”曾是空中飞行最奇特的一种苍蝇，它们对于新鲜的动物尸体并不感兴趣，而倾向于腐烂已久的大型动物尸体。不同于多数苍蝇物种，它们在冬季初期活动频繁，从11月至1月，通常在黄昏之后觅食。

罗马智慧大学研究员皮耶尔费利波·切雷蒂称，这种苍蝇已从人们视线中消失很久，一个多世纪前它们就被宣布灭绝消失。过去几年，欧洲再次发现三只“骨骼队长”苍蝇。目前，切雷蒂和同事首次确定这种苍蝇是一种“新模式标本”，为了更好鉴别它们，他将对比所有“骨骼队长”苍蝇标本。这种苍蝇物种的学名为“Centrophlebomyia anthropophaga”，1798年首次发现于德国曼海姆地区，1830年一位科学家最早对它进行了描述，但是相关的描述仅是基于他的记忆。

这种苍蝇之所以被命名为“骨骼队长”是因为它们将骨骼突出高度腐烂的动物尸体作为自己的“家”，同时，发育之中的苍蝇能够上下跳跃，因此尸体上看上去充满了这种苍蝇的幼体。切雷蒂解释称，为了能够在尸体中跳跃，骨骼队长苍蝇必须将嘴巴和尾部连接在一起，收缩背部肌肉，向上猛冲。这种昆虫在100多年前曾一度被认为灭绝消失，现在又再次重现它们的踪迹。通常这种苍蝇倾向于较大的动物尸体，其中也包括人类尸体，还以腐烂蜗牛、啮齿动物为食，研究人员还使用死鱿鱼和鸟类尸体作为诱饵吸引它们。

编译/悠悠

尿液可充当燃料发电

英国的布里斯托尔机器人技术实验室的科学家找到了一种利用尿液充当燃料进行发电的方式，成功研制出世界上第一款采用这项技术的微生物燃料电池，进而让用尿液为手机充电成为现实。科学家表示虽然很多用户在面对这种燃料时会捏住鼻子，但尿液却是一种“终极废物”，有别于飘忽不定的风能或者太阳能。

研究参与者、布里斯托尔西英格兰大学的伊奥尼斯·伊洛普罗斯博士表示，这是世界上第一款利用尿液发电的微生物燃料电池。“在此之前，还没有一个人将尿液

作为燃料。这是一项令人兴奋的研究成果。将尿液这种终极废物充作燃料发电是一种非常环保的做法。有一种产品的供应是无限的，那就是我们的尿液。利用尿液这种燃料让微生物燃料电池发电，我们可以为三星手机充电。”

伊洛普罗斯是研制利用不寻常燃料的微生物燃料电池的专家。他说：“尿液型微生物燃料电池产生的电量足以让手机收发即时短信、上网冲浪和进行简短通话。”

编译/杨孝文

神奇材料可让土壤储水一年

墨西哥化学工程师塞尔吉奥·朱斯·里克·韦拉斯克研发了一种神奇材料，能够让土壤的储水时间达到一年。这种新材料名为“固体雨”，形态与糖类似，由一种被称之为“聚丙烯酸钾”的吸收性材料构成，所能吸收的水量是其体积的500倍。不久后，生活在干旱国家的农民便有望成为这项技术的受益者，利用这种粉末状水对抗旱情，提高粮食产量。

篇（8）

一、通信电源的发展现状

（一）供电系统的现状

通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分，其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。通信电源必须具备智能监控、无人值守和电池自动管理等功能，从而满足网络时代的需求。通信电源系统由交流配电、整流柜、直流配电和监控模块组成。

（二）通信电源设备的更新换代

近年来，随着技术的进步，特别是功率器的更新换代，新型电磁材料的不断使用，功率变换技术的不断改进，控制方法的不断进步，以及相关学科的技术不断融合，通信电源在系统的可靠性、稳定性，电磁兼容性，消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等等方面都取得长足的进步。

（三）现行通信电源的电路模型和控制技术

目前通信电源的变换电路拓扑结构主要采用双单端电路，半桥电路和全桥电路，各有优缺点。一般认为，在中、小功率场合，采用双单端电路或半桥电路是适宜的；在大功率场合则采用全桥变换电路。

二、通信电源发展趋势

（一）开关器件的发展趋势

电源技术的精髓是电能变换，即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中，开关电源在电源技术中占有重要地位，从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级，开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础，促进了现代电源技术的繁荣和发展。

（二）通信直流电源产品的技术发展市场需求发展

在需求与技术的共同推动下，通信直流电源产品体现了如下的发展态势：

体系架构相当长的一段时间内维持稳定。通信直流电源在相当长的时间内还是维持现有的交流配电、整流器模块(并联)、直流配电、监控单元、蓄电池等为主要组成部分的架构；功率变换模式也将维持现有的高频开关模式，暂时不会出现类似从线性电源到开关电源的阶跃性的变化。

功率密度不断提高。通信一次电源的核心部件整流器的功率密度不断提高，推动了通信直流电源整机的功率密度不断提高，但配电器件、蓄电池等密度基本维持稳定，一定程度制约了整机系统的功率密度的提高比率。

更高的可靠性。高可靠性是通信电源的最基本要求。随着器件技术、通信电源技术的成熟，以及各通信直流电源设备厂家在可靠性研究上大力投入，通信直流电源产品可靠性呈不断提高的趋势。

按照TRIZ理论(“创造性解决问题的理论”的俄语缩略语)描述的技术系统发展进化规律，一般而言，技术的生命周期包含四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期，种种迹象表明，通信直流电源的核心技术，开关电源技术基本上开始步入成熟期：效率的提升变得缓慢和困难、而电源损耗不能大幅度降低限制了功率密度的进一步提高，未来几年甚至十几年内，通信直流电源产品将进入一个缓慢发展的阶段，直至有一天，一种新的电源变换技术出现，通信直流电源产品就会再出现一个阶跃性的发展，就像开关稳压技术替代线性稳压技术，给电源带来了革命性的变化。

（三）通信用蓄电池技术研究的新进展

通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段，其研制、生产和应用技术一直备受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步，国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池，有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池，由于其材料、结构和技术上的先进性，在性能上具有传统的VRLA电池无可比拟的优越性。

1．钒电池（VanadiumRedoxBattery）。钒电池（VRB）是一种电解值可以流动的电池，目前正在逐步进入商用化阶段。

2．燃料电池。燃料电池是一种化学电池，也是一种新型的发电装置，它所需的化学原料由外部供给，如氢氧燃料电池，只要外部供给氢和氧，经过内部电极、催化剂和碱性电解液的作用，就能产生0.9V电压的直流电能，同时产生大量的热能.

3．电源监控系统的发展。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，通信系统从以前的单机或小局域系统逐渐发展至大局域网系统或广域网系统，大量人力、物力被投入到网络设备的管理和维护工作上。不过通信设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便都会增大维护的难度，这对电源设备的监控管理提出了新的需求，保护通信互联网终端的电源设备必须具备数据处理和网络通信能力。此时，数字化技术就表现出了传统模拟技术无法实现的优势，数字化技术的发展逐步表现出传统模拟技术无法实现的优势.

4．通信电源的环保要求。环保问题，一方面的指标是通信电源的电流谐波要符合要求，降低电源的输入谐波，不但可以改善电源对电网的负载特性，减少给电网带来严重污染的情况，还可减少对其他网络设备的谐波干扰。另一个重要方面，是材料的可循环利用和环境的无污染，这方面需要产品满足WEEE/ROHS指令。

在通信电源开发、生产早期，人们主要集中研究电源的输出特性，较少考虑到电源的输入特性。例如：传统的在线式电源输入AC/DC部分通常采用桥式整流滤波电路，其输入电流呈脉冲状，导通角约为π/3，波峰因数大于纯电阻负载的1.4倍。这些谐波电流大的电源给电网带来了严重的污染，使电网波形失真，实际负荷能力降低，对于三相四线制的电网来说，还很有可能因中性线电流过大而出现不安全隐患。

参考文献：

[1]朱雄世，《通信电源的现状与展望》.

[2]《浅析全球通信电源技术发展趋势》.

[3]《通信直流电源发展趋势》.

[4]孙向阳、张树治，《国外通信用蓄电池技术研究的新进展》.

[5]《通信电源技术发展趋势及标准研究方向》.

[6]曾瑛，《浅谈通信电源》.

[7]王改娥、李克民，《谈我国通信电源的发展方向》.

[8]王改娥、李克民，《我国通信电源的发展回顾与展望》.

[9]侯福平，《UPS系统在通信网络中使用的特点及要求》.

篇（9）

    一、通信电源的发展现状

    (一)供电系统的现状

    通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分,其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。通信电源必须具备智能监控、无人值守和电池自动管理等功能,从而满足网络时代的需求。通信电源系统由交流配电、整流柜、直流配电和监控模块组成。

    (二)通信电源设备的更新换代

    近年来,随着技术的进步,特别是功率器的更新换代,新型电磁材料的不断使用,功率变换技术的不断改进,控制方法的不断进步,以及相关学科的技术不断融合,通信电源在系统的可靠性、稳定性,电磁兼容性,消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等等方面都取得长足的进步。

    (三)现行通信电源的电路模型和控制技术

    目前通信电源的变换电路拓扑结构主要采用双单端电路,半桥电路和全桥电路,各有优缺点。一般认为,在中、小功率场合,采用双单端电路或半桥电路是适宜的;在大功率场合则采用全桥变换电路。

    二、通信电源发展趋势

    (一)开关器件的发展趋势

    电源技术的精髓是电能变换,即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中,开关电源在电源技术中占有重要地位,从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级,开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础,促进了现代电源技术的繁荣和发展。

    (二)通信直流电源产品的技术发展市场需求发展

    在需求与技术的共同推动下,通信直流电源产品体现了如下的发展态势:

    体系架构相当长的一段时间内维持稳定。通信直流电源在相当长的时间内还是维持现有的交流配电、整流器模块(并联)、直流配电、监控单元、蓄电池等为主要组成部分的架构;功率变换模式也将维持现有的高频开关模式,暂时不会出现类似从线性电源到开关电源的阶跃性的变化。

    功率密度不断提高。通信一次电源的核心部件整流器的功率密度不断提高,推动了通信直流电源整机的功率密度不断提高,但配电器件、蓄电池等密度基本维持稳定,一定程度制约了整机系统的功率密度的提高比率。

    更高的可靠性。高可靠性是通信电源的最基本要求。随着器件技术、通信电源技术的成熟,以及各通信直流电源设备厂家在可靠性研究上大力投入,通信直流电源产品可靠性呈不断提高的趋势。

    按照TRIZ理论(“创造性解决问题的理论”的俄语缩略语)描述的技术系统发展进化规律,一般而言,技术的生命周期包含四个阶段:婴儿期、成长期、成熟期和衰退期,种种迹象表明,通信直流电源的核心技术,开关电源技术基本上开始步入成熟期:效率的提升变得缓慢和困难、而电源损耗不能大幅度降低限制了功率密度的进一步提高,未来几年甚至十几年内,通信直流电源产品将进入一个缓慢发展的阶段,直至有一天,一种新的电源变换技术出现,通信直流电源产品就会再出现一个阶跃性的发展,就像开关稳压技术替代线性稳压技术,给电源带来了革命性的变化。

    (三)通信用蓄电池技术研究的新进展

    通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段,其研制、生产和应用技术一直备受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步,国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池,有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池,由于其材料、结构和技术上的先进性,在性能上具有传统的VRLA电池无可比拟的优越性。

    1.钒电池(Vanadium Redox Battery)。钒电池(VRB)是一种电解值可以流动的电池,目前正在逐步进入商用化阶段。

    2.燃料电池。燃料电池是一种化学电池,也是一种新型的发电装置,它所需的化学原料由外部供给,如氢氧燃料电池,只要外部供给氢和氧,经过内部电极、催化剂和碱性电解液的作用,就能产生0.9V电压的直流电能,同时产生大量的热能.

    3.电源监控系统的发展。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展,通信系统从以前的单机或小局域系统逐渐发展至大局域网系统或广域网系统,大量人力、物力被投入到网络设备的管理和维护工作上。不过通信设施所处环境越来越复杂,人烟稀少、交通不便都会增大维护的难度,这对电源设备的监控管理提出了新的需求,保护通信互联网终端的电源设备必须具备数据处理和网络通信能力。此时,数字化技术就表现出了传统模拟技术无法实现的优势,数字化技术的发展逐步表现出传统模拟技术无法实现的优势.

    4.通信电源的环保要求。环保问题,一方面的指标是通信电源的电流谐波要符合要求,降低电源的输入谐波,不但可以改善电源对电网的负载特性,减少给电网带来严重污染的情况,还可减少对其他网络设备的谐波干扰。另一个重要方面,是材料的可循环利用和环境的无污染,这方面需要产品满足WEEE/ROHS指令。

    在通信电源开发、生产早期,人们主要集中研究电源的输出特性,较少考虑到电源的输入特性。例如:传统的在线式电源输入AC/DC部分通常采用桥式整流滤波电路,其输入电流呈脉冲状,导通角约为π/3,波峰因数大于纯电阻负载的1.4倍。这些谐波电流大的电源给电网带来了严重的污染,使电网波形失真,实际负荷能力降低,对于三相四线制的电网来说,还很有可能因中性线电流过大而出现不安全隐患。

    参考文献:

    [1]朱雄世,《通信电源的现状与展望》.

    [2]《浅析全球通信电源技术发展趋势》.

    [3]《通信直流电源发展趋势》.

    [4]孙向阳、张树治,《国外通信用蓄电池技术研究的新进展》.

    [5]《通信电源技术发展趋势及标准研究方向》.

    [6]曾瑛,《浅谈通信电源》.

    [7]王改娥、李克民,《谈我国通信电源的发展方向》.

    [8]王改娥、李克民,《我国通信电源的发展回顾与展望》.

    [9]侯福平,《UPS系统在通信网络中使用的特点及要求》.

篇（10）

通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分，其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。通信电源必须具备智能监控、无人值守和电池自动管理等功能，从而满足网络时代的需求。通信电源系统由交流配电、整流柜、直流配电和监控模块组成。

（二）通信电源设备的更新换代

近年来，随着技术的进步，特别是功率器的更新换代，新型电磁材料的不断使用，功率变换技术的不断改进，控制方法的不断进步，以及相关学科的技术不断融合，通信电源在系统的可靠性、稳定性，电磁兼容性，消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等等方面都取得长足的进步。

（三）现行通信电源的电路模型和控制技术

目前通信电源的变换电路拓扑结构主要采用双单端电路，半桥电路和全桥电路，各有优缺点。一般认为，在中、小功率场合，采用双单端电路或半桥电路是适宜的；在大功率场合则采用全桥变换电路。

二、通信电源发展趋势

（一）开关器件的发展趋势

电源技术的精髓是电能变换，即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中，开关电源在电源技术中占有重要地位，从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级，开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础，促进了现代电源技术的繁荣和发展。

（二）通信直流电源产品的技术发展市场需求发展

在需求与技术的共同推动下，通信直流电源产品体现了如下的发展态势：

体系架构相当长的一段时间内维持稳定。通信直流电源在相当长的时间内还是维持现有的交流配电、整流器模块(并联)、直流配电、监控单元、蓄电池等为主要组成部分的架构；功率变换模式也将维持现有的高频开关模式，暂时不会出现类似从线性电源到开关电源的阶跃性的变化。

功率密度不断提高。通信一次电源的核心部件整流器的功率密度不断提高，推动了通信直流电源整机的功率密度不断提高，但配电器件、蓄电池等密度基本维持稳定，一定程度制约了整机系统的功率密度的提高比率。

更高的可靠性。高可靠性是通信电源的最基本要求。随着器件技术、通信电源技术的成熟，以及各通信直流电源设备厂家在可靠性研究上大力投入，通信直流电源产品可靠性呈不断提高的趋势。

按照TRIZ理论(“创造性解决问题的理论”的俄语缩略语)描述的技术系统发展进化规律，一般而言，技术的生命周期包含四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期，种种迹象表明，通信直流电源的核心技术，开关电源技术基本上开始步入成熟期：效率的提升变得缓慢和困难、而电源损耗不能大幅度降低限制了功率密度的进一步提高，未来几年甚至十几年内，通信直流电源产品将进入一个缓慢发展的阶段，直至有一天，一种新的电源变换技术出现，通信直流电源产品就会再出现一个阶跃性的发展，就像开关稳压技术替代线性稳压技术，给电源带来了革命性的变化。

（三）通信用蓄电池技术研究的新进展

通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段，其研制、生产和应用技术一直备受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步，国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池，有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池，由于其材料、结构和技术上的先进性，在性能上具有传统的VRLA电池无可比拟的优越性。

[论文关键词]：通信电源通信网现状发展趋势

[论文摘要]：通信电源是向通信设备提供交直流电的电能源，是整个通信电信网的能量保证。通信电源系统由交流供电系统、直流供电系统和相应的保护系统构成。通信电源系统的设备多，分布广，不仅单个电源设备的可靠性会影响系统的可靠性，电源系统的总体结构也会对自身的可靠性造成很大的影响。

一、通信电源的发展现状

（一）供电系统的现状

通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分，其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。通信电源必须具备智能监控、无人值守和电池自动管理等功能，从而满足网络时代的需求。通信电源系统由交流配电、整流柜、直流配电和监控模块组成。

（二）通信电源设备的更新换代

近年来，随着技术的进步，特别是功率器的更新换代，新型电磁材料的不断使用，功率变换技术的不断改进，控制方法的不断进步，以及相关学科的技术不断融合，通信电源在系统的可靠性、稳定性，电磁兼容性，消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等等方面都取得长足的进步。

（三）现行通信电源的电路模型和控制技术

目前通信电源的变换电路拓扑结构主要采用双单端电路，半桥电路和全桥电路，各有优缺点。一般认为，在中、小功率场合，采用双单端电路或半桥电路是适宜的；在大功率场合则采用全桥变换电路。

二、通信电源发展趋势

（一）开关器件的发展趋势

电源技术的精髓是电能变换，即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中，开关电源在电源技术中占有重要地位，从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级，开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础，促进了现代电源技术的繁荣和发展。

（二）通信直流电源产品的技术发展市场需求发展

在需求与技术的共同推动下，通信直流电源产品体现了如下的发展态势：

体系架构相当长的一段时间内维持稳定。通信直流电源在相当长的时间内还是维持现有的交流配电、整流器模块(并联)、直流配电、监控单元、蓄电池等为主要组成部分的架构；功率变换模式也将维持现有的高频开关模式，暂时不会出现类似从线性电源到开关电源的阶跃性的变化。

功率密度不断提高。通信一次电源的核心部件整流器的功率密度不断提高，推动了通信直流电源整机的功率密度不断提高，但配电器件、蓄电池等密度基本维持稳定，一定程度制约了整机系统的功率密度的提高比率。

更高的可靠性。高可靠性是通信电源的最基本要求。随着器件技术、通信电源技术的成熟，以及各通信直流电源设备厂家在可靠性研究上大力投入，通信直流电源产品可靠性呈不断提高的趋势。

按照TRIZ理论(“创造性解决问题的理论”的俄语缩略语)描述的技术系统发展进化规律，一般而言，技术的生命周期包含四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期，种种迹象表明，通信直流电源的核心技术，开关电源技术基本上开始步入成熟期：效率的提升变得缓慢和困难、而电源损耗不能大幅度降低限制了功率密度的进一步提高，未来几年甚至十几年内，通信直流电源产品将进入一个缓慢发展的阶段，直至有一天，一种新的电源变换技术出现，通信直流电源产品就会再出现一个阶跃性的发展，就像开关稳压技术替代线性稳压技术，给电源带来了革命性的变化。

（三）通信用蓄电池技术研究的新进展

通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段，其研制、生产和应用技术一直备受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步，国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池，有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池，由于其材料、结构和技术上的先进性，在性能上具有传统的VRLA电池无可比拟的优越性。

1．钒电池（VanadiumRedoxBattery）。钒电池（VRB）是一种电解值可以流动的电池，目前正在逐步进入商用化阶段。

2．燃料电池。燃料电池是一种化学电池，也是一种新型的发电装置，它所需的化学原料由外部供给，如氢氧燃料电池，只要外部供给氢和氧，经过内部电极、催化剂和碱性电解液的作用，就能产生0.9V电压的直流电能，同时产生大量的热能.

3．电源监控系统的发展。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，通信系统从以前的单机或小局域系统逐渐发展至大局域网系统或广域网系统，大量人力、物力被投入到网络设备的管理和维护工作上。不过通信设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便都会增大维护的难度，这对电源设备的监控管理提出了新的需求，保护通信互联网终端的电源设备必须具备数据处理和网络通信能力。此时，数字化技术就表现出了传统模拟技术无法实现的优势，数字化技术的发展逐步表现出传统模拟技术无法实现的优势.

4．通信电源的环保要求。环保问题，一方面的指标是通信电源的电流谐波要符合要求，降低电源的输入谐波，不但可以改善电源对电网的负载特性，减少给电网带来严重污染的情况，还可减少对其他网络设备的谐波干扰。另一个重要方面，是材料的可循环利用和环境的无污染，这方面需要产品满足WEEE/ROHS指令。

在通信电源开发、生产早期，人们主要集中研究电源的输出特性，较少考虑到电源的输入特性。例如：传统的在线式电源输入AC/DC部分通常采用桥式整流滤波电路，其输入电流呈脉冲状，导通角约为π/3，波峰因数大于纯电阻负载的1.4倍。这些谐波电流大的电源给电网带来了严重的污染，使电网波形失真，实际负荷能力降低，对于三相四线制的电网来说，还很有可能因中性线电流过大而出现不安全隐患。

参考文献：

[1]朱雄世，《通信电源的现状与展望》.

[2]《浅析全球通信电源技术发展趋势》.

[3]《通信直流电源发展趋势》.

[4]孙向阳、张树治，《国外通信用蓄电池技术研究的新进展》.

[5]《通信电源技术发展趋势及标准研究方向》.

[6]曾瑛，《浅谈通信电源》.

[7]王改娥、李克民，《谈我国通信电源的发展方向》.

[8]王改娥、李克民，《我国通信电源的发展回顾与展望》.

[9]侯福平，《UPS系统在通信网络中使用的特点及要求》.

[10]《全球通信电源技术发展呈现五大趋势》.

[11]《通信电源需求现状分析》.

篇（11）

随着核能、太阳能、风能等新能源技术的逐步成熟和应用成本逐步降低，新能源产业开始在世界范围内崛起。中国是世界上第二大能源生产国和消费国，但由于新能源产业的核心技术基本都在国外，而重大的制造设备和关键零部件基本靠进口，使得我国新能源产品的成本过高，不仅使得新能源产品在国际上缺乏竞争力，同时也造成国内风电、核电等的价格居高不下，从而在国内消费市场难以打开局面，在内需萎靡，国际市场利润空间受控的情况下，我国新能源产业要想壮大成国民支柱产业前景渺茫。而自金融危机以后，各国经济对新能源产业给予了重望，在国外市场需求的突然增加与国内环保压力的共同推进下中国新能源产业将迎来重大的发展机遇，因此当前如何克服发展的技术瓶颈对于新能源产业来说尤为重要。

1　当前我国新能源产业的发展现状

伴随着国际上低碳经济的呼声越来越高，我国新能源产业近两年获得了快速的膨胀，但由于扩张的速度太快，使得新能源产业的发展陷入无序的状态，特别是近两年快速扩张的风电、多晶硅等新兴产业出现明显的重复建设倾向，新能源产业这种“虚热”的状态，不得不引起我们高度的重视。

①风电产业——失衡的产业链。中国风电产业在2005年《可再生能源法》实施之后，连续4年实现新增装机容量翻番，2008年中国风电装机1221万kW，已占全球总装机的10％，已成为亚洲第一、世界第四的风电大国，仅排在美国、德国、西班牙之后。但是，在竞相上马的风电项目背后，却是微不足道的经济效益，风电产业陷入产能过剩的尴尬境遇。截至2008年底，风电装机容量只占到全国电力总装机容量的1.13％，而发电量更是只占区区0.37％。同时，内蒙古约有三分之一的风电并网项目处于闲置状态；甘肃酒泉已经投运的46万kW风电装机最大发电出力只能达到65％左右。国内风电产业面临的主要问题主要集中在产能过剩、成本过高、机组质量和电网模式制约等方面。

而从风电产业的产业链上来讲，严重失衡。今年上的风电项目都集中在风机制造一端，这是因为我国目前风电场建设的高歌猛进，催生了风电设备的巨大需求，使得风机制造项目一哄而上，造成了风电产业链的结构性失衡，所以我们说风电过热过剩其实指的是风电产业的这种结构性过剩。国内风电整机生产企业超70家，超过全球其他地区风电设备厂商总和。目前，不仅在整机市场上存在着过多企业涌入的状况，在叶片市场也出现了一哄而上的现象。尽管风电大小企业如雨后春笋般成立，在核心技术和关键零部件等方面，生产企业走的却是清一色的引进路线。

②光伏产业——国外环保事业的打工仔。国际上新技术的发展与应用，促使太阳能发电成本大大降低，美国工业体系大约在0.21美元左右，这一数值已经相当接近于火电价格的成本。而且成本还将进一步的下降，可以预期不远的将来光伏产业将会迎来一个爆发的增长期。我国光伏产的发展也是随着国外的需求而近年来得到了快速发展，最近5年的年平均增长率在40％以上，其扩展主要在海外市场。按照国家制定的发展计划，至2010年，中国光伏发电的累计安装量将不会超过300MW，因此目前光伏产业的主要市场仍将在海外。

目前国内光伏产业上游多晶硅产业扩张迅猛，价格回落预期强烈，多晶硅行业的暴利时代将逐渐走结束。而且由于金融危机影响了下游光伏需求，许多曾出台庞大扩产计划的多晶硅制造商必将推迟或取消其部分后期项目，近几年将发生无情的洗牌。下游太阳能电池制造业将摆脱多晶硅原料产能瓶颈，行业毛利率将会有所回升。

但是，中国的太阳能电池生产最主要的原料晶体硅，我国矿产储存很少，因此不得不从欧洲和日本高价进口。加工制成太阳能电池后，再返销回当地，这种发展模式无疑等同于担任着国外环保事业“打工仔”的角色。

③其他产业的发展。在新能产业领域，我国太阳能热水器产业近几年发展迅速，产品推广很快，目前国内太阳能热水器安装总量达到13284万m3，占全球安装总量的70％以上，产业形态也逐步走向成熟。在国际生物燃料产业化风潮的促进下，我国生物燃料产业近年发展很快，2008年中国燃料乙醇产量达到190万t，受粮食产量制约，我国近期不再扩大以粮食为原料的燃料乙醇生产。为了扩大生物燃料来源，我国已自主开发了以甜高粱茎秆为原料生产燃料乙醇的技术(称为甜高梁乙醇)，并开展了甜高梁的种植及燃料乙醇生产试点。另外，我国也在开展纤维素制取燃料乙醇的技术研究开发，如果农林废弃物纤维素制取燃料乙醇或合成柴油的技术实现突破，生物燃料年产量可达到上亿吨，从理论上讲，我国生物燃料的发展潜力还是很大的，但目前还处于起步阶段，其产业化的进程还很缓慢。总体来讲部分新能源细分产业在国内市场仍未完全启动，虽然目前发展态势来看还不错，但是如果不加快新能源产业领域核心技术的研发与应用，以及加强行业的规范与引导，新能源产业泡沫无疑将会发展成为中国经济将来发展的又一隐患。

2　我国新能源产业发展的技术瓶颈

我国新能源企业的大多规模小，核心技术对外依存度高，关键设备和零部件主要靠引进，企业自主研发能力薄弱。有数据显示我国新能源技术的专利集中在高校和科研院所，这一方面说明我国对于新能源技术研发的投资重点在高校和科研院所，同时又从另一个方面说明我国新能源企业自主研发能力低下，从而制约了我国新能源技术产业化转化的效率和能力。当前我国新能源产业发展的技术瓶颈主要有以下几方面：

①战略产品缺乏核心技术大幅缩减了产业的利润空间。总体来说我国新能源产品的技术水平偏低，而且核心技术多依赖国外。比较有代表性的是光伏产业，目前太阳能的利用的效率主要依赖于电池的性能，而我国太阳能电池生产的上游产品最重要的专用原材料单晶硅基本都靠进口，由于前期生产过快的扩大，竞争变得异常激烈，因为缺乏核心技术，使得我国这些企业的利润大幅下降，后期的发展不容乐观。

②设备与制造技术落后使得新能源产业发展缺乏后劲。这个问题在风电、核电等产业都很突出。风电机组制造技术是风电发展的核心，而目前我国风电整机总体设计和关键零部件设计制造仍是制约我国风电产业发展的瓶颈。目前我国风电建设远远落后于世界发展，其主要原

因是，没有加大力度依靠国内雄厚的机电制造业基础，吸收引进国外先进技术对风电成套设备进行自主开发。随着世界风力发电设备制造水平提高，更大的单机容量已经是全球风能技术发展的趋势。据了解，国外风电机组目前已达到兆瓦级，如美国主流1.5MV，丹麦主流2.0～3.0MV，在2004年的汉诺威工业博会上4.5MV的风电机组也已面世。而迄今为止，我国在这一技术上处于落后位置，尚不具备自行开发制造大型风电机组的能力，且在机组总体设计技术，特别是桨叶和控制系统及总装等关键性技术上落后于欧美发达国家，且机组质量普遍不高，易出现故障，这就使国产设备的竞争力面临严峻的考验。

③新能源并网应用技术滞后形成了新能源的消费瓶颈。我国风电、光伏电站一般处于偏远地带后，电网负荷小，不能满足大规模风电接人的要求，特别是近几年随着新能源发电装机容量的大幅提升必然对电网提出更高的建设要求。典型的例子便是，西北、东北和华北本是我国风电资源相对丰富的地区，但这些地区大部分处于电网产业的末梢，电网基础设施建设较为薄弱，因而难以对当地的风电资源进行充分有效利用。就全国来看，如业内人士所言，我国风电装机容量虽然在2008年底已突破1200万kW，但其中仅有800万kW的装机容量入网发电。将来新能源的发展迫切需要在电网的系统接入、并网技术标准、并网管理等方面开展突破性工作。

3　对策思路

①做好新能源产业发展战略规划，进行超前布局。新能源是一个新兴的产业，我们应该做好超前布局和规划，为新能源产业的发展建立良好的政策环境。政府应该提前进行新能源产业发展的关键技术、共性技术进行攻关从战略上提前布局，只有这样我们的新能源产业才能克服当前发展的核心技术不足的软肋，迎头赶上甚至超越发达国家。

②建立起行业标准，引导规范新能源产业的发展。逐步建立和完善新能源产品的标准体系，以及质量控制体系，选择有特色的创新能力较强的地区，发展新能源产业基地，构建比较完善的产业链，促进新能源产业的积聚式发展。