固定阴极电化学切割规律研究

在研究固定阴极扩孔、切割等加工的成型规律时，通常将极间电场简化为平行平面场。然而当阴极宽度不能远远大于极间间隙时，采用这种处理方式将产生很大的误差。根据电磁场理论，文中提出了一种研究固定阴极电化学切割规律的更为严密的处理方法，并且基于这一思路分析了用该加工方式在阳极被加工面上某处电场强度、电流密度、加工速度等在加工过程中的变化规律，建立了基本能反映加工实际过程的一般数学模型。根据所建的数学模型对一     

一种新颖的微空心阴极放电等离子体推力器

微小卫星的发展和成功应用迫切需要新型微推力器的研制。微放电技术是等离子体放电中重要的一类,近几十年来成为各国的研究热点。其中,微空心阴极放电(MHCD)是一种新颖的非平衡高气压辉光放电,其优点是可以在高气压下稳定放电,并且只需要非常低的电压(几百伏特)或者输入功率(百毫瓦数量级)。MHCD建立在2个几百微米厚度的金属平面电极上,材料可以是钼、铝等,由电介质(云母或氧化铝)隔开。"三明治"的布局结构上从一个电极到另一个电极钻有直径为几十微米到几百微米的孔,气体压强可以很高,甚至超过大气压。微空心阴极放电较小的尺寸结构与强烈并可控的气体加热相结合,可以开发应用在新型的电热式微等离子体推进上。由于微空心阴极放电等离子体推力器在微放电等离子体中加热了工质气体,随后通过微喷管喷出产生推力,因此与传统的冷气微推力器相比,可大大提高推力器的比冲和推力。     

富锂锰基正极材料研究进展

随着社会发展,电动汽车、消费类(3C)电子产品、储能装置等对锂离子电池的能量密度提出了更高要求。富锂锰基正极材料具有高比容量(≈250 mAh/g)、高工作电压(≈3.6 V)及低成本等优势,有望成为下一代商用高比能电池正极材料。首次库仑效率低、倍率性能差、电压/容量衰减快等问题限制了富锂锰基正极材料的工程化应用。本文综述了富锂锰基正极材料的最新研究进展,重点从材料结构、电化学反应机理、失效机制和改性方法等几方面进行了阐述。研究表明,采用离子掺杂、表面包覆、晶体结构调控等技术,可显著改善富锂锰基正极材料的电化学性能。最后,对富锂锰基正极材料的发展方向进行了展望。     

同轴微阴极电弧推力器的粒子网格法数值模拟

采用粒子网格方法对同轴微阴极电弧推力器μCAT工作过程进行了模拟研究, 并应用自相似方法对模型进行简化,获得了推力器羽流区的电子数密度分布、离子数密度分布、电势分布及离子轴向平均速度,通过改变磁感应强度和位形分析磁场对推力器内等离子体运动特性及推力器性能的影响。计算结果表明,电子被外加磁场捕获约束在磁力线附近,低速离子与高速电子形成的双极扩散电场加速离子喷出;在相同流量情况下,磁感应强度002T时,离子返流严重,磁感应强度005~030T时,磁感应强度变化对速度影响较小;磁场位形对离子运动和推力器性能有较大影响,磁力线与轴线夹角较小时离子速度下降明显,夹角较大时离子返流严重。     

微阴极电弧推力器研究进展

介绍一种适用于微纳卫星的新型微电推进方式——微阴极电弧推力器,其利用真空条件下放电电弧烧蚀阴极材料产生较高电离度的高速等离子体喷出产生推力,并利用外加磁场聚焦等离子体以减小羽流扩散角、提高比冲。总结了国外相关机构大量的研究工作,并实现了在轨验证。北京控制工程研究所及其研究团队已攻克了阴极工质均匀烧蚀、低电压放电击穿、磁场设计等关键技术,完成原理样机点火验证工作,并采用实验手段研究磁场对推力器影响;采用PIC/MCC方法开展数值仿真,获得推力器内部及羽流区相关参数分布,对其工作过程及工作机理开展研究,为工程应用奠定了基础。     

8cm汞离子推进器样机用小孔空心阴极设计

对小孔空心阴极内部放电物理过程作了描述。根据8cm 汞离子推进器与阴极相关的设计参数,计算了阴极内部压强、粒子密度、初始电子能量平均交换自由程等参量,因而设计出阴极发射体、阴极顶小孔等主要尺寸。复核了阴极发射电流。对阴极热平衡、加热器工作参量作了计算,并与实验结果进行了比较。根据阴极在推进器中工作方式,对阴极结构设计进行了描述,包括材料选择和等离子体喷涂工艺制造。给出了长期阴极热模拟实验结果。     

空心阴极羽流形态与热特性的变化机理

空心阴极的放电模式主要有点状和羽状两种，为研究两种模式的转变机理，采用PIC/PCD（单元粒子/等离子体化学动力学）混合算法对阴极内部等离子体流场进行计算，以辐射传递系数处理阴极内部的热辐射计算，并且在通过流场与热场的多次迭代计算后达到收敛。为验证数值模型的计算精度，考察阴极表面5个测点的计算结果与试验数据对比，计算误差在5%以下，并且以羽流光色计算图与试验照片作对比，定性验证模型对放电模式的模拟精度。在此基础上，对不同气体流量下、不同阴极顶孔径的阴极内部各类等离子体参数分布进行计算，通过分析阳极电压、羽流形态变化的内在原因，获得点-羽放电模式的转变机理，可为阴极优化提供理论支撑。     

基于吩嗪类分子的锂离子电池性能与储能机理研究

能源是人类社会发展的基石,开发和利用可持续性的清洁能源对于全世界人民的生存和发展尤为重要。可反复充放电的锂离子电池由于其循环寿命长、无记忆效应和适宜的能量密度或者功率密度等优点,在新能源电动汽车、可携带电子器件以及航空航天等领域得到了广泛应用。受具有氧化还原活性的微生物产物启发,开发了基于吩嗪(PHN)活性中心的PHN类化合物正极材料。通过光谱测试深入分析了PHN分子的电化学过程,揭示了PHN分子的储锂机制。最后通过合理的分子工程设计,开发了基于PHN衍生物的2,3-二羟基-1,4-吩嗪二酮正极材料,并展示了2.5 V的高电压和300 mAh/g的高比容量,其比容量超过了现有商业化无机正极材料。本文不仅提供了一种极具竞争力的电化学储能材料,并且对其他有机电极材料的开发和改性具有一定的借鉴意义。     

镁硫电池硫硒化合物正极材料的研究

镁硫电池是较具发展潜力的新型电池,其与锂硫电池相比具有体积能量密度高、安全性好的优点,在航空航天领域具有良好的应用前景。作为正极材料,硫理论比容量高、价格便宜,但导电性能不佳;硒导电性好,但理论比容量较低、价格较贵。制备了兼具两者优点的硫硒化合物(硫硒摩尔比分别为15∶1、1∶1、1∶15),并与微孔碳复合,发现硫硒比为1∶1的硫硒化合物/微孔碳复合正极材料SSe/C表现出最高的循环比容量,在50 mA·g~(-1)电流密度下45次循环后仍然能具有400 mAh·g~(-1)以上的比容量。因此,硫硒化合物是一种较具有潜力的镁硫电池正极材料。