面向锂硫电池的高负载量碳硫复合正极材料研究进展

在近20多年的发展过程中,锂离子电池已经越来越接近于其理论能量密度的极限,并且随着化石能源消耗和电动车需求量的增加,锂离子电池已经不能满足于社会的需要,寻找可替代的绿色新能源也变得愈发重要。其中,锂硫电池是最有希望代替锂离子电池,成为下一代电化学储能系统的电池之一。由于硫的无毒性、低成本和高的能量密度等优势,使得锂硫电池吸引了研究者们的广泛关注。硫作为锂硫电池中非常重要的一部分——正极材料,对于电池的循环寿命、循环稳定性、能量密度、库伦效率等方面产生了非常重要的影响。但是锂硫电池中存在的关键问题亦限制了其实际应用,例如硫的导电性差、多硫化物中间体的"穿梭效应"、较低的硫负载量、大的体积膨胀以及复杂的内部反应机理等。为了提高锂硫电池整体的性能,设计具有高的比表面积、优越的导电性以及更多的活性位点的基底材料来负载硫变得越来越重要。为解决这些问题,研究者们设计了各种不同材料来进行硫的负载,例如碳-硫复合材料、金属氧化物-硫复合材料、聚合物-硫复合材料等。其中由于碳材料具有密度低、比表面积大、导电性好、结构多样、易于加工制备和价格低廉等优点,引起了研究者们的广泛关注,因此研究者们相继实现了用一维、二维以及三维等不同结构的碳材料来负载硫,使得锂硫电池的循环寿命、循环稳定性和库伦效率得到了有效的提高。虽然在循环寿命等方面,研究者们做出了很大的贡献,但是硫的负载量却有限,从而导致电池整体的能量密度仍然很低。从商业化的角度来看,电池能量密度的高低才是研究者们关注的重点,因此研究者们在提高其性能的同时,也在不断地提高硫的负载量,以求达到更高的能量密度。本文主要从四个方面进行了相关总结:首先,概述了锂硫电池最新发展状况;其次,概要介绍了锂硫电池中存在的反应机理和阻碍锂硫电池发展的主要问题;再次,重点总结了提高锂硫电池的性能和载硫量方面的研究进展,并简单介绍了面载量、面容量和电解液与硫的比值对电池整体性能的影响;最后,总结和展望了锂硫电池未来可能的发展方向。     

脉冲电磁场效应对2195铝锂合金力学性能的影响及机理

基于试样不发生形变的脉冲电磁场效应实验装置，研究了脉冲电磁场效应对应变量为0.09的退火变形态2195铝锂合金力学性能和微观组织的影响规律及机理。发现脉冲电磁场效应对材料维氏硬度呈现阶梯影响规律。当放电电压低于临界电压(13 kV)时，试样的维氏硬度随放电电压的增加而降低，相对退火变形态试样降低达8.1%,脉冲电磁场对试样产生软化效应。当放电电压高于临界电压时，脉冲电磁场的软化效应与硬化效应趋于动态平衡。通过微观组织表征，发现脉冲电磁场效应可以促进材料第二相溶解，其平均尺寸和面积分数分别相对退火变形态试样降低8.8%和13.9%;脉冲电磁场效应影响材料位错演变，脉冲电磁场效应使得材料位错密度从退火变形态试样的2.37×10¹⁴ m^-2降低至1.42×10¹⁴ m^-2。此外，阐明了脉冲电磁场效应下材料软化和硬化现象的来源及机理，揭示了涡流软化效应和磁致应力硬化效应对位错、第二相及维氏硬度演变的影响机理。     

锂硫电池正极与负极材料研究进展

兼具高能量密度与成本效益的锂硫电池，体现了良好的应用前景。但是，锂硫电池在正极与负极方面存在的问题，也阻碍了其进一步发展。针对锂硫电池目前存在的问题，总结了锂硫电池电极材料领域的研究进展。在正极部分，可通过多孔载体材料、多硫化物的化学吸附与催化位点的构建提升电池性能。在负极部分，通过对负极集流体改进、固体电解质界面（SEI）膜的生成以及固态电解质的使用，可起到保护锂负极、优化性能的效果。最后，本文认为，在锂硫电池未来的发展中，应统筹考虑电池系统整体的开发设计，而非仅针对电池单一领域存在的某一问题，从而使电池系统各部分的改进方法有效结合，发挥协同效应，推动锂硫电池实用价值的提升。     

铝合金双曲率薄壁件电磁渐进辅助拉伸成形工艺方案设计与开发

目的 针对铝合金双曲率薄壁件传统拉伸成形工艺成形均匀性差的问题,提出一种采用电磁渐进辅助拉伸成形的高精度成形工艺。方法 设计电磁渐进辅助拉伸成形工艺方案,基于有限元仿真软件LS-DYNA R13.0,建立拉伸成形和电磁成形有限元模型。通过数值仿真研究线圈移动路径和放电电压组合对成形质量的影响以及薄壁件的整体贴模成形过程和等效塑性应变。结果 与单程放电相比,双程放电能够大幅度提高板材变形均匀性。与以中间值电压连续放电以及先大电压后小电压的放电电压组合相比,在先小电压后大电压的放电电压组合下,板材的成形质量更高。选择线圈双程顺序移动路径和7 kV-10 kV放电电压组合,通过10次拉伸和9层54次放电,得到了减薄率仅为3%的贴模性良好的双曲率薄壁件。变形量基本呈现随着放电层数的增加而不断降低的趋势。电磁放电仅扩展更大的塑性应变区域,不改变已贴模区板材的塑性应变值。结论 与拉伸成形相比,电磁渐进辅助拉伸成形工艺有效提高了板材的塑性变形程度并极大控制了回弹的发生。