基于有限元方法的惰性基弥散燃料传热性能研究

惰性基弥散燃料芯块(Inert Matrix Dispersion Pellet,IMDP)以高温气冷堆燃料技术为基础,采用惰性材料作为三重各向同性型(Tristructural Isotropic,TRISO)燃料颗粒的弥散基体,相比传统的UO2燃料,其最典型特征是具备高热导率。采用通用有限元软件ABAQUS,结合其二次开发功能,建立有限元计算模型,研究了温度、燃耗以及燃料颗粒与惰性基体间热阻对IMDP燃料有效热导率影响规律,并与UO2陶瓷燃料进行对比。结果表明:IMDP有效热导率随燃耗及温度的增加而减小,且在不同寿期及不同温度下,IMDP有效热导率均明显高于UO2热导率;反应堆正常运行工况下,相比UO2芯块,IMDP较高的热导率会使芯块中心温度显著降低;此外,燃料颗粒与惰性基体间热阻在0~4×10~(-4) m~2·oC·W~(-1)范围内对IMDP的有效热导率影响程度最为敏感。     

Li1.2(Ni0.4Mn0.4)x(Co0.4Mn0.4)1-xO2(0≤x≤1)系列富锂材料的制备及性能

富锂材料具有大于200 mAh/g的可逆比容量,吸引了广大研究者的目光,成为近年来的研究热点.从材料相图出发,进行材料设计.采用醋酸盐固相化学法制备得到锂离子电池富锂正极材料Li1.2(Ni0.4Mn0.4)x(Co0.4Mn0.4)1-xO2(0≤x≤1),应用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)、原子吸收光谱(AAS)对材料进行了成分分析,采用X射线多晶衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)进行了结构和形貌分析、并对材料的电化学性能进行了测试分析.结果表明所得系列富锂材料均为层状α-NaFeO2结构(R-3m空间群),随着x值的减小,Li1.2(Ni0.4Mn0.4) x(Co0.4Mn0.4)1-xO2(0≤x≤1)五种材料的首次放电比容量逐渐增大,循环性能逐渐提高.     

锂氟化碳电池电解液研究

对氟化碳电池电解液的配制及使用进行了研究。使用两种醚类溶剂DME、THF和两种砜类溶剂TMS、DMSO等,锂盐为LiBF_4、LiClO_4、Li N(SO_2CF_3)_2等,组成单溶剂电解液,进行电化学阻抗、线性扫描及电性能测试,其中LiTFSI-THF电解液所制备的电池以0.1 C放电,比容量为856.9 mAh/g,接近理论容量;LiClO_4-DMSO电解液以0.1 C放电,放电平台达到2.7 V。以VC、FEC作为添加剂使用,提高了电池的放电容量。     

十字焊点对定位格架水力特性影响的数值研究

作为定位格架重要的结构特征之一,其内条带间的十字焊点的形状与定位格架的强度及水力特性密切相关。为深入研究该十字焊点形状对定位格架水力特性的影响规律,以5×5燃料组件定位格架为研究对象,采用ANSYS CFX12.1对燃料棒束通道内的流动现象进行数值模拟研究,得到了通道内的流场分布。研究结果表明:增加十字焊点直径能削弱格架下游近格架区域子通道内冷却剂的涡流强度以及子通道间的搅混强度,同时增强格架下游远格架区域子通道内的涡流强度以及子通道间搅混强度;增加十字焊点直径对格架下游子通道内的搅混强度影响较小;定位格架的形状阻力系数随十字焊点直径的增大而增加。以上结果说明采用较大直径的十字焊点可使定位格架下游区域的换热能力趋于均衡,从而使堆芯温度分布更加均匀,但同时也会产生较大的压力损失。     

惰性基弥散燃料芯块有效热导率数值仿真分析

作为事故容错燃料的备选技术路线之一,惰性基弥散燃料芯块(IMDP,Inert Matrix Dispersion Pellet)的典型特征之一是具备高热导率。采用通用有限元软件ABAQUS,结合其二次开发功能,建立有限元计算模型,研究了IMDP燃料芯块有效热导率影响因素。研究表明,燃料颗粒在IMDP芯块基体中的分布形式以及燃料颗粒的形状对其有效热导率没有影响;惰性基体热导率相比燃料核心热导率对IMDP芯块有效热导率的影响更大;燃料颗粒—基体间热阻以及外部热解碳层—碳化硅层间热阻相比其他热阻对IMDP芯块有效热导率的影响更大;IMDP芯块的传热性能优于UO2芯块。     

锆合金涂层包壳专利申请态势全景分析

事故容错燃料(ATF)是日本福岛核事故之后提出的新一代核燃料概念,主要是为了提高反应堆在事故工况下的容错性能,从根本上提高核电厂对严重事故的抵御能力,从而有效地提高核电的安全性和经济性。针对传统核燃料使用的锆合金包壳,通过外表面涂层改性的方法提高其在事故工况下的抗高温氧化性能是事故容错燃料的主要研究方向。为了对锆合金涂层包壳的技术发展现状和趋势进行全面了解,对该技术相关的国际及国内专利申请态势进行了统计分析,研究了该领域的专利申请发展态势、专利来源地区及布局地区特点,重点分析了自20世纪60年代以来锆合金涂层包壳技术分支发展趋势;此外,结合我国的锆合金涂层包壳的研究现状,从研究进展及技术聚焦等方面提出锆合金涂层包壳研发建议。     

锂离子电池磷酸钴锂正极材料制备及改性研究

采用乙醇溶胶-凝胶工艺合成了LiCo0.9Fe0.1PO4/C材料,该材料具有亚微米级粒度尺寸(100～200 nm),同时该材料表面被1 nm作用的碳层均匀包覆,经过电化学测试,未掺杂铁和已掺杂铁的样品分别具有131和143 mAh/g的比容量(0.05 C).室温下,两种样品50次循环的容量保持率分别为82％和94％,55℃下经过50次循环,两种样品的保持率分别为43％和52％.     

Li3V2(PO4)3/C复合材料及其电池性能研究

采用喷雾干燥法合成了Li3V2 (PO4)3/C复合正极材料,通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和差示扫描量热法(DSC)对合成的复合材料进行了表征;以Li3V2(PO4)3/C复合材料为正极、CMS-G25为负极,制备18650锂离子电池,考察了该电池的倍率性能、循环性能和安全性能.结果表明:合成的Li3V2(PO4)3/C复合材料为单斜晶体结构,可以得到微米级的球形Li3V2(PO4)3/C二次颗粒;该复合材料具有优异的热稳定性,在4.3 V和4.7 V满电态下的放热量分别为240.1 J/g和259.4 J/g,明显低于其它几种正极材料.制备的18650锂离子电池具有良好的高倍率放电性能、循环性能,其15C/1 C放电容量可达95％,100次容量保持率为95.02％;同时还具有优异的安全性能,顺利通过了挤压、针刺、短路、热箱等实验,电池均不爆炸、不起火.     

导电水凝胶的研究进展及应用

导电水凝胶作为一种新型功能性凝胶材料，引起了许多研究者的关注。综述了导电水凝胶的制备方法和应用领域。介绍了导电水凝胶的制备过程及不同水凝胶的性能特点，列举了导电水凝胶的应用领域及技术指标，指出了现有导电水凝胶存在的问题和解决路径，并展望了导电水凝胶材料的未来研究重点。