硫负载方式调控碳/硫复合材料结构及锂-硫电池性能研究

碳/硫(C/S)复合材料的硫负载方式调控可以改善聚硫化物的穿梭效应,提升锂-硫电池的容量。物理硫负载法容易导致循环过程中硫的脱落,化学硫负载法不利于倍率性能的提升。采用物理硫负载和化学硫负载相结合的方式,对提升C/S复合材料的循环稳定性和倍率性能具有重要意义。本文控制C/S复合材料的硫负载方式,研究化学硫负载制得的C/S复合材料在热处理前后的结构和性能变化,有利于实现稳定的聚硫化物转化,提升锂-硫电池循环稳定性和倍率性能。结果表明：C/S煅烧后复合电极具有较好的循环稳定性(5C下的容量保持率为60%)和倍率性能(60 mAh·g^-1 20C),这是因为其具有稳定的聚硫化物转化能力。     

Co9S8金属氢氧化物(LDHs)纳米笼的构筑及其锂硫电池应用研究

锂硫(Li-S)电池是一种新型二次电池,具有极高的理论比能量(2600 Wh/kg),被认为是最具前景的下一代储能电池。锂硫电池正极使用硫作为活性材料,比容量高达1675 mAh/g,是目前商业化锂离子电池正极材料磷酸铁锂(170 mAh/g)和钴酸锂(274 mAh/g)的3至5倍。此外,硫是地球上储量最丰富的元素之一,且成本低廉,环保无毒。然而,锂硫电池的商业化受制于硫及其放电产物多硫化锂的电子绝缘性、可溶性多硫化物在正负极的穿梭、充放电过程中硫的体积膨胀等问题。针对硫正极材料所存在的问题,本文从储硫、固硫、限硫的三重设计出发,通过在ZIF-67模板上原位生长制备了一种NiCo-LDH/Co₉S₈中空纳米笼结构的正极材料,实现活性硫的高容量负载。电化学测试表明,NiCo-LDH/Co₉S₈与硫复合实现了79 wt%的高硫负载量,LDH/Co₉S₈异质结纳米笼结构及双功能位点,能够使S@LDH/Co₉S₈电极实...     

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。     

锂离子电池新型三维纳米结构负极研究进展

高性能锂离子电池在微/小型侦察机和空间飞行器等应用中有重要意义。构建三维纳米结构负极,是提高锂离子电池性能的有效方法。综述了国内外锂离子电池新型三维纳米结构负极材料的发展,将其分为3种类型,分别是三维纳米多孔结构、三维纳米阵列结构和三维纳米网络结构。涉及的材料包括碳类材料、合金类材料与过渡金属氧化物材料。相对于传统二维平面负极,三维纳米结构电极可以减小离子迁移距离、增加电极/电解液界面面积、缓冲活性材料充放电体积变化,从而可以提高材料的储能容量,提高电极的循环稳定性,改善电极的倍率性能。     

铝锂合金疲劳行为及机理

 本文综述了铝锂合金疲劳的研究进展,包括铝锂合金的疲劳长裂纹、短裂纹、裂纹萌生、光滑和缺口疲劳强度、循环应变行为、过载反应、低温疲劳和腐蚀疲劳、铝锂合金与2000和7000系铝合金疲劳性能的对比、热处理工艺、微观结构、合金成分等对铝锂合金疲劳性能的影响等。     

强流脉冲电子束作用下多弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层改性机理及循环氧化行为研究

利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对NiCoCrAlYSiHf涂层进行辐照处理,对改性前后涂层表面状态(粗糙度、宏观形貌)和微观结构(相组成、晶体缺陷和活性元素分布)进行表征,并对改性前后涂层1100℃循环氧化性能进行研究。微观表征结果表明,脉冲电子束改性后原始涂层制备缺陷消失,涂层表面平整致密,并形成丰富的变形结构及均匀分布的活性元素析出相;循环氧化结果表明,改性态涂层在循环过程中热生长氧化物(TGO)具有更优异的化学稳定性,脉冲电子束改性技术能够显著延缓TGO开裂剥落现象,提高涂层抗热循环性能。     

锂/氟化碳电池热特性研究

针对锂/氟化碳电池放电过程产热问题,选用了3种不同型号的氟化碳材料,对材料的微观形貌、晶型和键型进行了分析,并使用等温量热仪测试了不同倍率下锂/氟化碳软包电池放电的产热功率和积分产热量,使用加速量热仪测量了锂/氟化碳电池的比热容。结果表明:氟化碳材料的放电电位与材料中C-F键的类型(键能)有关,进而影响电池放电过程中的产热量;C-F键偏离子型,放电电位越高,极化越小,放电过程中产热越少;锂氟化碳电池的放电倍率越大,电池的产热功率越大。     

压电纤维复合材料的研究

以提高交叉指形电极压电纤维复合材料诱导应变和挟持应力为目的,采用有限元软件ANSYS分析了电极区聚合物参数、交叉指型电极结构和压电相体积分数对压电纤维复合材料诱导应变和挟持应力的影响。结果表明：增加电极区聚合物的介电常数或减小电极区聚合物的厚度,能够提高元件的诱导应变和挟持应力,元件诱导应变最大可达173με;减小分支电极的周期或者适当增大分支电极的宽度,可以有效地提高元件的作动性能;提高压电纤维体积分数,有利于提高元件的作动性能。     

锂离子电池发展现状及其前景分析

伴随着经济全球化的进程和能源需求的不断高涨,寻找新的储能装置已经成为新能源相关领域的关注热点。锂离子电池(LIB)是目前综合性能最好的电池体系,具有高比能量、高循环寿命、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染等特点,并迅速发展成为新一代储能电源,用于信息技术、电动车和混合动力车、航空航天等领域的动力支持。LIB的核心和关键是新型储锂材料和电解质材料的开发与应用。本文综述了当前LIB关键材料研究和应用现状,特别是其在航空领域的应用技术发展;通过分析我国LIB产业发展情况及存在的问题,可以看出,在关键材料以及制造技术等方面我国还有很大的提升空间。     

稀土高强铝锂合金力学性能及微观变形行为

在 2 0 90铝锂合金和添加微量稀土铈的 2 0 90铝锂合金 (2 0 90 +Ce)的拉伸性能测试的基础上 ,利用TEM技术对拉伸试样中位错组态进行了观察 ,探讨宏观力学性能与微观变形行为间的联系。结果表明 ,2 0 90 +Ce铝锂合金仍表现出较明显的共面滑移特征 ,所不同的是其滑移带比较细密均匀 ,并且具有交滑移特征 ;而不含稀土的普通 2 0 90铝锂合金中共面滑移带较粗 ,且带与带间距宽 ;弱束暗场观察发现 ,2 0 90 +Ce铝锂合金中某些大角度晶界上及附近存在较强的应变衬度 ,这说明该合金仍存在较强的局域应变倾向     

锂氟化碳电池用新型高比容量复合正极材料

采用提高正极材料比容量以改善大电流放电性能的思路,设计新型高比容量复合正极材料,并通过研磨分散结合融化扩散热处理方法制备氟化碳-硫复合正极材料。电化学测试分析表明新型复合材料可以实现同步改善容量和大电流放电性能,同时具有二次可逆循环充放电能力。研究结果表明:氟化碳-硫复合正极材料的能量密度和功率密度性能具有突出优势,在不同电流密度下均可实现显著的提升,相比纯氟化碳材料的能量密度和功率密度最高可分别提升 433%和 10.7%。     

笼型倍半硅氧烷(POSS)的官能化、杂化以及在改性环氧树脂中应用研究进展

笼型倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxane,POSS)具有独特的结构和良好的耐热性,对POSS 进行官能化后可得到高性能的新型有机-无机杂化材料,在很多领域具有潜在应用价值。本文综述了POSS 的合成、官能化的相关问题。POSS 的种类很多应用范围广泛,但是价格相对昂贵,限制了POSS 在许多领域内的发展规模;POSS 可作为环氧树脂的改性剂,具有明显的增强、增韧效果,并显著提高固化环氧树脂的耐热性能,但是由于POSS 的纳米尺寸效应,导致其在树脂中的添加量有限。未来随着POSS 合成成本的降低、改性树脂手段的不断进步,POSS 在热固性树脂改性领域应用范围必将不断扩大。     

双马来酰亚胺/聚醚砜复相树脂相结构与热性能

利用SEM、DMA和TGA研究双马来酰亚胺(BMI)/聚醚砜(PES)复相树脂微观相结构对热性能的影响。结果显示:BMI/PES复相树脂体系发生了相分离现象,当PES添加量达到15phr时,复相树脂体系中产生了相反转结构,富BMI颗粒相被富PES相紧密包裹;相比于纯BMI树脂,BMI/PES复相树脂中归属于富BMI相的玻璃化转变温度Tg升高;BMI/PES-5复相树脂中只有一个Tg,其起始模量降低对应的温度升高;随着PES添加量增大,BMI/PES复相树脂高温塑性行为更加明显;由于PES与BMI间良好的界面作用及富PES相的热防护作用,BMI/PES复相树脂的最大热失重温度和残炭率均得到显著增大;树脂体系在氮气氛围中的耐热性要优于空气氛围。     

热等静压及热挤压对喷射成形GH738合金显微组织的影响

采用喷射成形工艺制备大尺寸(?300mm)GH738合金锭坯,对锭坯进行热等静压,热等静压后进行不同温度的热挤压,利用XRD、SEM、TEM、EBSD和相分析方法,研究热等静压和热挤压对喷射成形 GH738合金锭坯显微缺陷、碳氮化物、γ/γ′相演变的影响。结果表明:热等静压对沉积坯中的显微疏松具有焊合作用;热挤压过程中GH738 合金再结晶组织主要受形变温度和应力-应变状态影响;热等静压态合金中碳氮化物主要沿晶界连续分布,热挤压后碳氮化物转变为沿挤压方向条带状分布;不同热工艺条件下合金γ′相的组成结构、质量分数及形貌尺寸分布主要受合金经历的温度场以及冷却条件影响。     

BAS粘接碳化硅材料的性能

采用原位生成钡长石为烧结助剂,研究BAS/SiC复相陶瓷的低温无压液相烧结工艺,制备高致密度的陶瓷材料。通过XRD、SEM及力学试验机等研究烧结温度、BAS含量对复相碳化硅陶瓷的致密化、组织结构及力学性能的影响。结果表明:在1800℃温度下原位生成了BAS相,运用无压液相烧结法制备出了密度达到3.2g/cm3的BAS/SiC复相陶瓷;陶瓷中BAS以六方结构析出、SiC颗粒均匀分布;烧结温度不宜超过1800℃,温度过高将促使碳化硅颗粒长大,损伤陶瓷材料抗弯强度和断裂韧度;当复相BAS/SiC陶瓷中BAS质量分数为30%时,弯曲强度达到413MPa,模量达到210GPa,断裂韧度达到5.03MPa.m1/2。     

三元共掺杂对YSZ热障涂层热物理性能的影响

采用NiO、Er_2O_3、Yb_2O_3、Y-2O_3、ZrO_2粉末为原料,用高温固相合成法制备复合陶瓷材料,研究该复合陶瓷材料的比热、热扩散系数、热导率等热物理性能,并与传统8YSZ热障涂层材料进行对比。利用XRD测定所制备的陶瓷样块的晶体结构和物相组成,分析该陶瓷试样的物相组成及高温相稳定性。结果表明:NiO、Er_2O_3、Yb_2O_3共掺YSZ后,室温至1500℃范围内的热扩散系数为0.36～0.56 mm^2/s,与8YSZ相比,降低了约20%;室温至1500℃的热导率为1.45～1.55 W/(m·K),比8YSZ降低了18%;2EYNYSZ陶瓷材料具有单一的相结构,经1500℃热处理100 h之内不发生相变。     

(100)/(111)面金刚石膜抗氧等离子刻蚀能力

使用微波等离子体技术(microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)对膜厚100μm的(100)和(111)晶面金刚石膜进行刻蚀处理,研究其抗氧等离子体的行为。结果表明:(100)晶面刻蚀首先发生在晶棱晶界处,而(111)晶面金刚石的刻蚀首先发生在晶面处;30 min刻蚀后,(100)面金刚石有明显晶面显现,(111)面金刚石膜晶面不明显;60 min刻蚀后,(100)和(111)晶面金刚石膜的择优取向消失;(100)晶面金刚石特征峰的半高宽值(full width at the half maximum,FWHM)由刻蚀前的8.51 cm^–1上升至刻蚀后的12.48 cm^–1,(111)晶面金刚石FWHM值由8.74 cm^–1上升至148.49 cm^–1;(100)晶面金刚石膜刻蚀速率在40 min时为0.35μm/min,60 min时上升至1.34μm/min;刻蚀前期,(100)晶面金刚石膜具有更好的抗氧等离子体刻蚀能力,刻蚀后期其抗刻蚀能力与(111)晶面金刚石膜相似。     

机翼盒段连接结构疲劳性能影响因素及有限元分析

针对国产某型飞机机翼翼盒典型连接区结构,设计试验件进行疲劳试验,对比分析高锁螺栓不同装配工艺对其疲劳性能的影响。结果表明:对高锁螺栓施加一次拧紧工艺后,再施加适当的二次拧紧力矩,能够有效改善连接结构的疲劳性能。其次,建立连接结构的三维有限元模型,基于正交试验法分别研究螺栓拧紧力矩、板间摩擦系数和螺栓材料弹性模量对基板孔边应力集中系数的影响。研究发现,该3种因素均对孔边应力集中系数有较大影响,其中螺栓拧紧力矩的影响最为显著,表明了适宜的二次定力工艺是提高连接结构疲劳性能的一种有效手段。     

2219铝合金拉锻式摩擦塞补焊工艺研究

针对6~8mm厚2219–T87铝合金拉锻式摩擦塞焊工艺进行了研究。结果表明,塞棒/塞孔及砧板成形孔结构及轴向载荷、焊接转速、进给速度等焊接工艺参数均对焊接质量有重要影响。采用圆弧形塞棒、圆柱形塞孔、阶梯锥形底孔的砧板能够改善塞孔附近材料的流动方向和受力条件,进而消除未焊合缺陷。焊接转速7000r/min、焊接压力20~30kN、轴向拉锻力20~30kN、进给速度1.5mm/s是较优的焊接工艺范围。焊接接头中母材侧的热力影响区软化最为明显,硬度值为79.9HV。在优化参数下,焊接接头的抗拉强度可达365MPa,延伸率6%。     

变形参数对挤压成型镍基粉末高温合金固溶热处理晶粒组织的影响

进行双锥体试样热模拟压缩实验,研究变形温度、应变速率及应变状态对一种挤压成型镍基粉末高温合金固溶热处理晶粒组织的影响,获得在变形温度 1060~1120 ℃,应变速率 0.003~0.3 s^-1 范围内,变形温度、应变速率与热处理晶粒组织的对应关系。结果表明:在相同应变量下,温度一定,应变速率越大,流变应力越大;应变速率一定,温度越高,流变应力越小;在相同应变速率下,较低变形温度的试样晶粒组织出现不均匀的现象;在相同的变形温度下,三种应变速率下的试样平均晶粒尺寸为 18~20 μm,但较大应变速率的试样明显出现不均匀晶粒组织。为获得均匀的晶粒组织,更适合的热变形参数为:变形温度 1120 ℃,应变速率 0.003 s^-1。在相同的变形温度和应变速率下,随局部应变的减小,平均晶粒尺寸呈逐渐增大的趋势。