全固态薄膜锂电池研究进展和产业化展望

全固态薄膜锂电池利用固态电解质替代传统电解液,采用多层薄膜堆垛的平面结构,属于新一代的锂离子电池,在军民两用的可穿戴设备、便携式移动电源、汽车和航空动力电池等领域应用前景广阔。该类电池因高安全性、长循环寿命、高比容量和高能量密度等优势性能受到业界广泛关注。本文概述薄膜锂电池的分类和充放电原理,总结正负极、电解质薄膜材料的发展历程和薄膜制备手段的改进,对比各类电池材料的电化学性能,引入该方向最新的研究进展:三维薄膜锂电池,可变形的柔性电池,高电压、大容量电池组。汇总国外商用电池产品、关键优势技术、电池制备设备,提出薄膜锂电池亟待解决的科学问题和国内潜在的产业化方向。     

适用于30cm离子推力器的5kW电源处理单元设计

为了满足更大范围的卫星应用需求,我国正在研制30cm离子推力器。30cm离子推力器瞄准全电推进卫星平台、近深空探测器对推进任务的需求,对提高卫星平台先进性和提升国际竞争力具有重要的意义。为了配合30cm离子推力器的研制,同时设计了输出功率达到5kW的电源处理单元。该设计实现了一种输出功率为1kW的模块,通过串联组合可以达到输出5kW功率要求,提出了一种"最佳"的平顶变换及软开关的全桥电路拓扑,达到了95%的转换效率,同时还能容易实现屏栅电源的N+1冗余设计。并且通过高压组件的完全灌封,有效提高产品的可靠性。     

Re/ Ir 高温抗氧化性能

采用电弧离子镀技术在Re 金属表面制备Ir 涂层,研究沉积态Ir 涂层的微观形貌、成分和相结构
以及在不同温度区域的高温抗氧化性能。通过分析表明,利用电弧离子镀方法,可以在Re 金属基体表面制备
出连续、致密和均匀的Ir 涂层。Re/ Ir 试样的抗氧化寿命,1 800℃可达到4 h;2 000℃可达到2 h。在1 950℃
条件下,进行120 次热震试验,试验后Ir 涂层表面光滑致密,表面没有发现任何剥离现象。     

近月空间带电粒子环境——“嫦娥1号”“嫦娥2号”观测结果

“嫦娥1号”（CE-1）、“嫦娥2号”（CE-2）都安装了1台太阳高能粒子探测器（High-energetic ParticlesDetectors,HPD）和2台太阳风离子探测器（Solar Wind Ion Detectors,SWIDs）,进行了月球轨道200 km和100 km空间环境探测,获得了月球轨道空间高能带电粒子（质子、电子和重离子）能谱随时间的演化特征、等离子体与月球相互作用特征以及太阳风离子速度、密度和温度参量。空间环境探测数据分析结果表明：太阳活动低年、空间环境扰动水平相对较低、月球处于太阳风中时,近月空间带电粒子环境的基本特征与行星际空间相比变化不大。CE-1、CE-2在轨运行期间,发现了多起0.1～2 MeV能量电子急剧增加事件,这些事件发生在月球从太阳风运动到磁尾的所有空间区域,其中20%的事件伴随着卫星周围等离子体离子加速。模拟和统计研究表明：能量电子急剧增加使得绕月卫星和月球表面电位大幅下降导致了离子加速现象的发生;能量电子总流量大于10¹¹ cm^-2时,绕月卫星和月球表面充电电位可达负的上千伏。此外,月表溅射与反射太阳风离子、太阳风“拾起”离子等空间环境事件的发现,揭示了太阳风离子和月球存在复杂的相互作用过程。     

钽钨合金表面铱涂层的制备及高温氧化性能

利用真空电弧离子沉积技术在钽钨合金表面沉积均匀致密的铱涂层,研究了钽钨合金/铱涂层的抗高温氧化性能和热震性能。结果表明:在800℃和1 100℃条件下,铱涂层可以有效保护钽钨合金,经过20 h后,铱涂层表面只发生轻微氧化,其表面形成褐色氧化铱产物;在1 900℃条件下,抗氧化寿命达10 h以上;在室温至(1 900±50)℃热震条件下,其寿命可达到1 000次以上。     

GEO卫星平台东西板外挂锂电池构型布局影响分析

为优化地球静止轨道（GeostationaryEarthOrbit,GEO）卫星平台设备布局空间,提出东西板外挂安装锂离子蓄电池的构型布局方案,从力、热、流程等方面分析东西板外挂安装锂电池构型布局的可行性及其影响,并以135A·h锂离子蓄电池为对象进行设计分析预算。结果表明,与服务舱南/北板内挂安装相比,锂电池采取东西板外挂安装更具优势,不仅腾出平台舱内大量设备布局空间,而且能优化研制流程;此构型的力、热设计条件均有改善,尤其是热控加热功率与散热面积均减少70%,设计资源节省显著,是提升卫星平台总体设计能力的有效途径之一。     

微牛级射频离子推力器结构优化研究

为了满足中国科学院空间引力波探测——“空间太极计划”对航天器推进系统提出的微牛量级推力高精度控制需求,基于感性耦合等离子体自持放电,设计了一套微牛级射频离子推力器（μRIT-1）。通过理论分析与实验验证,完成了μRIT-1关键结构组件优化工作,包括射频天线、放电室及离子光学系统。根据实验结果,μRIT-1采用7匝线直径为1.6mm的紫铜管作为射频天线,匝间距为2.0mm;放电室材料为氧化铝陶瓷,内径为1.0cm,长径比为1.5;离子光学系统采用双栅极结构,材料为金属钼,栅极透明度为18.05%。经过结构优化,μRIT-1可以实现5~100μN可调推力输出,比冲可达1275s。     

Fe2+对碳钢硫酸盐还原菌腐蚀行为的影响

对比分析了Q235钢在无Fe2+的接菌培养基和Fe2浓度为30mg/L的接菌培养基中的腐蚀行为.使用光学显微镜跟踪观察Q235钢在两种介质中的表面形貌随时间的变化,用电化学阻抗谱研究Q235钢在两种培养基中的电化学行为.用聚焦离子束显微镜制作Q235钢在两种培养基中的腐蚀产物剖面,并用能谱对腐蚀产物进行成分分析.对电化学阻抗谱所得结果进行拟合,结果表明,Fe2会使Q235钢表面形成的生物膜电阻降低,电容升高,Q235钢反应电阻保持较低,从而使反应持续进行,铁不断溶解.培养基中加入30mg/L的Fe2+后,Q235钢表面附着的细菌显著增多,形成的生物膜厚而疏松,膜中混合有腐蚀产物硫化物,膜下的金属出现众多微小的点蚀.电化学阻抗谱拟合结果与形貌观察及成分分析结果吻合,Fe2+对Q235钢的SRB腐蚀反应具有催化作用.     

Cassini Plasma Spectrometer Investigation

The Cassini Plasma Spectrometer (CAPS) will make comprehensive three-dimensional mass-resolved measurements of the full variety of plasma phenomena found in Saturn’s magnetosphere. Our fundamental scientific goals are to understand the nature of saturnian plasmas primarily their sources of ionization, and the means by which they are accelerated, transported, and lost. In so doing the CAPS investigation will contribute to understanding Saturn’s magnetosphere and its complex interactions with Titan, the icy satellites and rings, Saturn’s ionosphere and aurora, and the solar wind. Our design approach meets these goals by emphasizing two complementary types of measurements: high-time resolution velocity distributions of electrons and all major ion species; and lower-time resolution, high-mass resolution spectra of all ion species. The CAPS instrument is made up of three sensors: the Electron Spectrometer (ELS), the Ion Beam Spectrometer (IBS), and the Ion Mass Spectrometer (IMS). The ELS measures the velocity distribution of electrons from 0.6 eV to 28,250 keV, a range that permits coverage of thermal electrons found at Titan and near the ring plane as well as more energetic trapped electrons and auroral particles. The IBS measures ion velocity distributions with very high angular and energy resolution from 1 eV to 49,800 keV. It is specially designed to measure sharply defined ion beams expected in the solar wind at 9.5 AU, highly directional rammed ion fluxes encountered in Titan’s ionosphere, and anticipated field-aligned auroral fluxes. The IMS is designed to measure the composition of hot, diffuse magnetospheric plasmas and low-concentration ion species 1 eV to 50,280 eV with an atomic resolution M/ΔM ∼70 and, for certain molecules, (such asN ₂ ⁺ and CO⁺), effective resolution as high as ∼2500. The three sensors are mounted on a motor-driven actuator that rotates the entire instrument over approximately one-half of the sky every 3 min.This revised version was published online in July 2005 with a corrected cover date.