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工程熱物理所提出熱化學循環制氫分析新方法

2021-06-25 工程熱物理研究所
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  近日,中國科學院工程熱物理研究所分布式供能與可再生能源實驗室基于化學反應Gibbs自由能函數及㶲方程,首次提出Gibbs函數的熱力學第二定律表述,建立熱流㶲、化學反應Gibbs自由能與反應熱㶲的聯系。該模型能夠充分闡釋熱化學反應過程㶲的演化規律,幫助理解熱化反應㶲與的相互作用。該方程從㶲的角度為引發化學反應的各種情況建立了統一基準,首次揭示各類化學反應的㶲本質。該研究為開展低溫、高效的熱化學反應提供了思路。相關研究成果發表在Energy(2021, 219: 119531)上。

  引發化學反應的方法有很多,如電解反應、熱解反應以及光催化等,而目前國際上未有統一的分析方法可闡明電解、熱解以及光催化等途徑的能量本質。其中,通用的化學反應進行方向的判據為Gibbs自由能判據。然而,Gibbs自由能判據不能闡明化學反應進行的能量本質,也不能給出非自發反應到自發反應的㶲差距。

  工程熱物理所以熱化學循環分解水制氫體系為研究對象,建立了化學反應㶲與品位方程,闡明反應過程中能質轉化與品位變化的本征規律,給出了通過調整反應熵以及外界補償㶲改善化學反應熱力學性能(如降低反應溫度)的方法。研究發現,化學反應本質上是㶲到的退化過程。當反應焓所攜帶的㶲大于反應需要的㶲時,化學反應自發進行;反之,為非自發反應。改變反應熵可以降低化學反應的㶲要求,從而在較低的溫度下觸發化學反應;外界提供的能量同樣可以觸發反應,但所提供的能量與其品位及反應溫度有關。

  研究工作得到國家自然科學基金優秀青年科學基金項目、基礎科學中心項目的支持。

吸熱反應過程㶲的演化規律

反應需求㶲與壓力的關系

輸入㶲、反應需求㶲與溫度的關系

打印 責任編輯:侯茜

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