高高原低气压环境对锂离子电池循环性能的影响

随着锂离子电池在中国高高原地区及机场的应用，其在高海拔低气压环境下的循环性能及老化机制成为一个亟须解决的问题。对此，在96 kPa-25℃（常温常压）及60 kPa-25℃（常温低压）环境下，通过电池健康状态、直流放电内阻、电化学阻抗、容量增量及微分电压曲线等电池电化学特征参数对NCM523软包锂离子电池的老化行为进行了分析。研究表明:60 kPa低气压环境加速了锂离子电池老化进程，电池内部结构受60 kPa低气压应力影响，致使电池欧姆阻抗和电荷转移阻抗较常压工况分别增加6.22%和45.76%，锂脱嵌反应受限，电池界面动力学衰退；因电池阻抗增大造成以正极活性锂离子损失主导的循环容量加速衰减，电池健康状态衰减率较常压工况高3.08%。      

深空探测用锂离子蓄电池在轨管理策略研究

高轨卫星、深空探测器在工作周期内地影时间较短,储能电池长期处于搁置状态,而在存储过程中由于界面副反应的存在会导致持续的锂离子电池容量衰降,影响储能电池的使用寿命。通过dV/dQ曲线分析、交流阻抗分析和解剖分析发现在存储过程中活性Li损失是导致锂离子电池容量损失的主要原因,在100%SoC状态时还会导致电解液在负极表面的分解加剧,引起正极的界面膜阻抗R_(SEI)和颗粒间接触阻抗R_(CR)出现明显的增加。研究结果表明:深空探测器电源系统在存储期间为了减少过放电风险,并减少不可逆容量损失,应将蓄电池的荷电状态控制在20%SoC左右,并定期进行充电。     

发动机喷嘴表面化学改性抗结焦积碳

针对航空发动机喷嘴产生大量结焦积碳并影响其技术性能和使用寿命的问题,采用化学强氧化-阴极还原法,在航空发动机喷嘴材料表面制备了稳定的富铬氧化层.利用扫描电子显微镜、能谱仪和接触角测量仪对样品表面表征,开展静态结焦质量评定和动态航空发动机台架燃烧实验,探讨化学改性抑制结焦积碳的机制.结果表明,材料表面平整,氧化膜颗粒排列堆积紧密;喷嘴材料的抗结焦性能与其表面成分和界面张力密切相关;静态抑制结焦率最大约12.5%,动态燃烧实验效果更显著.     

再生型壳与ZTC4熔体的界面稳定性

从研究再生型壳中几种典型金属离子对铸件表面的污染影响规律入手,通过在型壳材料中添加Al、Nb和Mn等金属元素实际浇铸ZTC4合金（Ti-6Al-4V）,探讨不同残留金属在铸造过程中对铸件表面质量、陶瓷/钛合金界面成分、组织形貌及显微硬度等的影响,揭示废弃型壳材料中铸造残留金属对钛合金新铸坯陶瓷/合金界面稳定性的影响规律。结果表明:含Al、Nb和Mn等金属残留的型壳浇铸ZTC4合金,铸件表面外观平整无明显铸造缺陷;相比无金属残留型壳,含残留金属型壳的铸件表面粗糙度明显增加;Al金属残留对型壳与熔融钛合金界面稳定性的影响较小,而Nb和Mn金属残留能明显降低型壳与熔融钛合金的界面稳定性,铸件表面粗糙度可以在一定程度上反映界面稳定性;当型壳中含有Al金属残留时,陶瓷/合金界面处析出Ti₅Si₃相。      

多孔聚酰亚胺含油轴承保持架的磨损机理研究

在实际运转过程中,空间含油轴承保持架在兜孔、引导面上均表现出不同程度的磨损发黑现象,认清其磨损机理对于指导含油材料设计、提升空间轴承性能至关重要.采用冷压热烧结的方法制备了多孔聚酰亚胺(PPI)材料,通过打磨处理改变PPI表面形态,继而研究了表面形态对其摩擦磨损及摩擦界面输供油性能的影响,并在此基础上提出了含油材料的磨损模型.结果表明,PPI材料的磨损发黑源于孔隙边缘的微区承载,在高压载荷作用下孔隙边缘会发生剪切变形、断裂,产生的摩擦热会诱发聚酰亚胺材料或润滑油的分解和碳化.含油保持架的磨损会对轴承持续运转产生影响,孔隙边缘发生的剪切变形以及产生的磨屑会封堵保持架表面孔隙,破坏摩擦界面输供油路径,导致摩擦系数的波动和磨损的持续变大,对轴承的运转稳定性和摩擦噪音产生潜在的负面影响.     

富锂正极材料的制备及电化学性能研究

用溶胶-凝胶法结合高温煅烧过程制备富锂正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂,对800℃和900℃煅烧后得到的2种材料（标记为S8和S9）进行物相和形貌表征以及电化学测试。电化学测试结果表明,样品S9具有较高的放电容量、较好的循环稳定性和较小的电荷转移电阻。样品S9在0.1 C（25 mA·g-1）时的首次充电容量为345.0 mA·h·g-1,首次放电容量为273.9 mA·h·g-1,首次库伦效率为79.4%。1 C时,首次放电容量为188.1 mA·h·g-1,循环30周后放电容量为173.3 mA·h·g-1,容量保持率为92.1%。结果表明,尽管富锂正极材料R-3m层状结构在800℃煅烧后已经形成,但仍需要经过更高温度煅烧,以提高锂离子和过渡金属离子在各自层中的有序度,从而有效地提高材料的电化学性能。      

宇航级T800碳纤维复合材料界面调控

上浆剂对高性能碳纤维（CF）表面的修饰作用及对其复合材料界面性能的调制作用至关重要。以湿法制备的宇航级T800碳纤维为研究对象，分析上浆前后纤维表面微结构、化学组成和化学反应特性的变化规律，并对其复合材料的宏微观界面性能进行表征评价。采用X射线光电子能谱（XPS）、差式扫描量热法（DSC）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等表征方法，分析上浆剂的反应性及其与环氧树脂（EP）、双马来酰亚胺树脂（BMI）的化学反应行为。结果表明：在树脂固化温度条件下上浆剂与纤维表面基团发生化学反应，使得纤维上浆剂提取量及纤维表面活性碳元素含量降低，并且上浆剂与EP、BMI工艺具有良好的化学反应性。经过高温处理后CF表面的上浆剂失活，CF/EP的界面剪切强度发生一定变化，CF/BMI的界面剪切强度下降13%。综上可见：具有化学活性的环氧类上浆剂可明显改善CF表面特性，进而对复合材料的界面性能产生影响，其中上浆剂与树脂体系的反应性对界面亦有影响。     

低温锂离子电池研究进展

随着能源需求的日益高涨，锂离子电池（LIB）在各个领域内的应用愈发广泛。为满足极端气候等特殊应用环境对储能器件的需求，LIB需拓宽其工作温度范围。从材料和电池结构角度详细总结了应用于低温条件LIB的最新研究进展。首先，分析了限制LIB低温性能的根本原因；然后，分别从电解液的研发与优化、电极材料的改性和开发、新型电池体系的开发、电池热管理系统（BTMS）设计4个方面归纳并讨论了在低温情况下改善LIB性能的途径和方法；最后，总结了低温LIB研究亟待解决的问题，并为新一代低温LIB的发展提出了可行的研究方向。      

面向空间废物处理的微生物燃料电池隔膜材料

为了寻求可提高微生物燃料电池（MFC,Microbial Fuel Cell）产电性能的隔膜材料,对碱性电池隔膜纸、锂离子电池隔膜纸及两种不锈钢活性炭隔膜材料进行了系统的分析和比较.结果表明,碱性电池隔膜纸虽然有良好的质子透过性,但其水分渗透性和氧扩散较高,有待进一步的改进;辊压活性炭和涂刷活性炭隔膜的功率输出均优于目前MFC常用的阳离子交换膜,这是由于前两者的隔膜阻力小;而辊压活性炭和涂刷活性炭隔膜的特点接近,且涂刷活性炭隔膜的成本更低,是较为理想的MFC隔膜材料.     

频率选择表面传输特性的温度循环效应

根据国家军用标准GJB 150-86对不同涂层材料和加工工艺的频率选择表面(FSS,Frequency Selective Surfaces)进行了温度循环的环境模拟试验,通过比较温度循环前后FSS的谐振频率、传输损耗、频带宽度和入射角稳定性等传输特性的差异,考察FSS在温度循环条件下的性能稳定性.结果表明,温度循环对不同材料和工艺的FSS的传输性能有较大影响,主要表现在FSS的传输损耗和频带宽度两方面.不同FSS在经过温度循环后,谐振频率下的传输损耗增大0.5~3倍,入射角越大增大的幅度越大;频带宽度增加50%~70%,不同的FSS增加的幅度不同.而对谐振频率和入射角稳定性的影响根据不同的FSS而不同,但对二者的影响都不明显.与简单振子FSS相比,组合振子FSS的传输性能受温度循环的影响较大.      

MPCVD法合成硼掺杂金刚石薄膜的次级发射性能

为解决电子倍增器、场发射阴极和粒子/光子探测器现有阴极材料次级发射系数低且发射不稳定的问题,对微波等离子体化学气相沉积（MicrowavePlasmaChemicalVaporDeposition,MPCVD）法结合H等离子体表面处理工艺制备的不同B₂H₆/CH₄浓度的硼掺杂金刚石薄膜的次级发射能力进行了研究。样品表面扫描电子显微镜和拉曼光谱分析结果显示,硼掺杂金刚石膜表面形貌与未掺杂的金刚石膜相似,样品表面均为高纯度的金刚石相。将置于空气中数日且未经任何表面处理的硼掺杂金刚石样品进行次级电子发射性能测试,结果显示一次电子入射能量为1keV时,得到高达18.3的二次电子发射系数。试验证实这种具有高二次电子发射系数的硼掺杂金刚石膜,暴露空气中由于表面氧化会破坏其表面的负电子亲和势,而真空中加热会使表面重新恢复负电子亲和势,这种负电子亲和势的完整保留,提高了该材料次级发射的稳定性,在器件中具有重要的应用前景。     

AZ91D镁合金表面热扩散渗锌膜层研究

为了提高AZ91D镁合金的耐腐蚀性能和表面硬度,对其进行了表面热处理扩散渗锌处理,并对其得到的膜层表面和断面形貌、结构组成、耐腐蚀性能、显微硬度等性能进行了探讨,测量了该合金热扩散渗锌前后试样的阳极极化曲线和交流阻抗图,这些试验结果都表明在AZ91D镁合金材料表面进行热扩散渗锌获得的表面膜层均匀细致,膜层由Mg₇Zn₃、Mg和Zn构成,而且该膜层与基体相比耐腐蚀性和对镁合金基体的防护性能有了显著提高,并具有较高的表面显微硬度.     

氯离子和温度对铝合金在冷却液中腐蚀的影响

分别采用了动电位极化法、电化学阻抗法研究了不同温度下、不同氯离子浓度下防锈铝在模拟冷却液中的腐蚀行为,采用金相显微镜和扫描电镜对极化后防锈铝的表面特征进行了观察和记录。结果表明,氯离子吸附在防锈铝氧化膜表面,对氧化膜表面造成破坏。在一定温度下（30℃）,当氯离子浓度超过0.01mol/L时,中间产物吸附作用就会增强,阻抗谱中低频区出现感抗弧,点蚀萌生。随着氯离子浓度增高（超过0.01mol/L）,防锈铝的腐蚀加剧,耐腐蚀性能下降。随着温度的升高,阴极和阳极反应阻力变小,阳极金属铝的溶解和阴极氧还原速度增大,腐蚀速度增大。温度升高的同时,溶解氧含量下降,阴极反应受到抑制。与此同时扩散过程在整个腐蚀反应过程中的支配性降低,中间产物在氧化膜表面的吸附作用增强,从而导致低频容抗弧的出现。温度对点蚀形貌的影响主要体现在影响单个点蚀坑的几何大小,促进点蚀坑的生长。      

多级次孔结构ZnMn2O4微球负极的研究

利用水热法合成了Zn-Mn氧化物前驱体,在温度400、500、600、700℃下,空气气氛中煅烧前驱体,以此来制备纳米片组装成的分级多孔结构的ZnMn₂O₄微球。其中,在500℃空气中煅烧前驱体制备的ZnMn₂O₄（ZMO-500）微球具有丰富的多级次孔结构,其作为锂离子电池负极材料,在500 mA/g的电流密度下,ZMO-500微球负极材料循环500次以后仍具有1 132 mAh/g高的放电比容量。ZMO-500负极材料优异的电化学性能得益于其分级多孔结构,不仅可以增加电极和电解质之间的接触面积以促进锂离子的迁移,而且还为循环过程中电极体积膨胀提供足够的缓冲空间。      

空心微珠用于环氧树脂抗原子氧剥蚀试验研究

提出一种新的航天器用树脂基材料抗原子氧剥蚀的方法,即在航天器用树脂基材料中添加与原子氧不反应的超细颗粒材料,用于提高其抗原子氧剥蚀的性能.在制备出超细空心微珠颗粒增强的环氧树脂复合材料的基础上通过原子氧暴露实验,发现空心微珠的加入可以有效地提高环氧树脂抗原子氧剥蚀的性能.同时,空心微珠的表面性态对制备的复合材料抗原子氧剥蚀性能具有重要的影响,经过表面改性处理可以进一步提高复合材料抗原子氧剥蚀的性能.      

有源周期性结构控制电磁波反射波束指向研究

提出有源反射的概念.利用如光带隙电磁结晶结构、高阻抗结构等周期性结构的带隙特性和 阻抗特性,通过在类似高阻抗表面的周期性金属单元表面铺设有源器件--变容二极管,控 制周期性结构的性能,建立有源周期性结构,影响入射电磁波的传播特性,实现对反射波束 的指向的有源控制和有效改变.仿真实验证明采用单层或双层有源周期性结构表面,可以有 效控制反射波束的相位和角度指向.     

锂电池相变材料/风冷综合热管理系统温升特性

锂电池在高倍率充放电过程中会产生大量热量,此热量不及时散出会导致电池超温进而影响电池的使用寿命,甚至导致安全事故。本文设计了一种新型相变材料/风冷综合热管理系统(TMS),并对综合热管理方式下的电池温升特性进行了实验和理论研究。基于集总参数法,结合电池生热及散热机理,建立了电池发热功率计算模型以及相变材料/风冷综合TMS电池温度场数学模型,计算了电池单体发热功率,分析了环境温度、电池充放电循环初始温度、相变温度、对流热阻以及电池和相变材料之间的导热热阻对电池综合TMS性能的影响。结果表明:综合TMS的冷却性能优于纯风冷热管理系统;电池充放电过程为非稳态传热过程,因此较高的初始温度带来超温风险;电池温度场数学模型能准确反映电池升温行为;较高的环境温度下,电池最大温升幅度降低,但可能导致电池最高温度超过安全温度;相变材料的相变温度越低,电池最大温升越低;减小导热热阻及对流热阻能显著提高TMS性能。     

基于锂离子电池温降指数的细水雾添加剂筛选方法

为对比细水雾添加剂抑制锂离子电池热失控多米诺效应的效果,提出锂离子电池火灾温降指数模型及其测试方法。利用自主设计的锂离子电池热失控实验平台开展含不同添加剂细水雾抑制多米诺效应实验,确定每种添加剂作用后的温降指数,对每种添加剂的作用机理进行分析。结果表明:加入添加剂后温降指数明显增大,表明添加剂可显著提高细水雾阻断热失控连续传播效果;无机盐类添加剂作用后抑制效果高于表面活性剂类添加剂,主要增强了细水雾的化学灭火作用;进一步对比温降指数发现,几类样品中NH₄H₂PO₄加入后细水雾抑制效果最好。利用温降指数对细水雾添加剂抑制热失控多米诺效应进行评估,为筛选细水雾添加剂灭火剂提供理论基础。      

硅化物涂层电子束重熔表面改性技术

在Nb521铌合金表面采用料浆烧结法制备硅化物涂层,利用高频扫描电子束对硅化物涂层进行重熔处理,通过扫描电子显微镜对处理样品表面形貌进行组织结构分析。研究表明,经过电子束重熔处理,硅化物涂层表面陶瓷晶粒粒度降低,表面粗糙度降低,陶瓷颗粒之间烧结作用增强,重熔区域与未处理区域具有明显的边界,电子束能量分布较均匀,电子束重熔提高了硅化物涂层的抗氧化性能和抗热震性能。