高熵电化学储能材料的研究进展与新机遇

能源革命中的新范式对电化学储能技术提出了更高的要求,而储能材料是电化学储能技术发展的关键。近年来,高熵作为一种新兴的材料设计策略,极大地扩展了电化学储能材料设计空间,有望用于突破当前电化学储能材料综合性能瓶颈,为电化学储能技术发展提供新动力。重点介绍了高熵电化学储能材料在锂离子电池、钠离子电池以及超级电容器电极材料方面的研究进展;简述了高熵材料的基本概念,主要包括高熵的定义与相关效应。从高熵的视角,总结了相关效应对电化学储能材料结构特性及性能的影响规律。最后,总结了对未来高熵电化学储能材料发展所带来的新机遇与新挑战提出了个人理解。     

炭化叶脉网络生长MOFs材料制备透明超级电容器

可穿戴和便携式电子设备迫切需要发展透明超级电容器等电化学储能器件。炭化树叶叶脉由连续的碳纤维网络构成,具有非常好的透明性,且兼具导电性好和质量轻的优点。本文以炭化菩提树叶叶脉网络为集流体,通过溶剂热法在其上原位生长了Ni/Co混合金属-有机框架材料（Ni/Co-MOF）。炭化叶脉的连续碳纤维网络有利于电子连续传输及电解液的输运;Ni/Co-MOF中混合金属中心有利于提供更多的电化学位点存储电荷。所制备的炭化叶脉网络@Ni/Co-MOF透明电极在1mA/cm²电流密度下表现出1.15F/cm²的高面积容量,经过1000次循环后,容量保持率为105.4%,仍具有良好的循环稳定性。以炭化叶脉网络@Ni/Co-MOF和炭化叶脉网络@活性炭组装成非对称透明超级电容器,在1.6V的大电势窗口、1mA/cm²的电流密度下,得到的面积容量为0.47F/cm²、面积能量密度为0.61W·h/cm²;并具有良好的循环稳定性,在循环300圈后,容量保持率为93.6%。炭化叶脉网络@MOF材料的方法将为制备透明功能器件如传感器、光电器件、太阳电池和锂离子电池等应用提供了新途径。     

流体驱动旋转装备应用与数值模拟方法研究进展

流体驱动旋转装备在能量转换及能量回收等过程中应用广泛。近年来,流体驱动旋转装备新结构不断涌现,其应用也得到了拓展,逐步与海水淡化、制冷、混合、测速等过程结合。在此发展过程中,计算流体力学为流体驱动旋转装备的设计优化提供了新途径。本文综述了流体驱动旋转装备在能源工程、化学工程等领域的应用,总结了流体驱动旋转装备数值模拟方法研究进展,对比了主动旋转及被动旋转两种模拟方法,指出被动旋转模拟在流体驱动旋转装备研究中的意义,展望了流体驱动旋转技术在超重力装备中的应用前景。     

硼酸喷雾包覆改性镍钴铝酸锂的制备及其电化学性能研究

针对镍钴铝酸锂（NCA）三元正极材料普遍存在的循环寿命差、浆料容易凝胶等缺点进行了硼酸喷雾包覆的改性。采用X 射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及电化学测试等方法对硼酸包覆改性前后的材料性能进行了对比表征和分析。结果表明：喷雾包覆后可以在NCA正极材料表面形成一层保护层,改性后的NCA三元正极材料循环寿命有明显提升,特别是高温（45 ℃）1C/1C倍率下循环50次容量保持率由改性前的88.0%提升至改性后的95.2%,提升近7%;硼酸包覆可以改善NCA表面特性,使正极浆料稳定性大大提高。改性后的NCA正极浆料可以稳定放置168 h（7 d）,解决了NCA正极材料容易凝胶的问题。     

一种水性负极黏结剂的合成及性能

黏结剂对电极的性能有着重要的影响。本文设计并制备了一种新型水性聚(乙烯-乙烯醇)-磺酸锂（EVOH-SO₃Li,简称ES-Li）电极黏结剂,并对其键接结构及组成进行分析;对其溶解性、电解液稳定性、热稳定性进行测试;对所制电极柔性、微观形貌及电化学性能进行研究。经与聚(乙烯-乙烯醇)（EVOH）及商业的聚偏氟乙烯（PVDF）黏结剂进行对比。结果表明：ES-Li水性黏结剂具有不溶解于电解液,热稳定性良好等优点;ES-Li黏结剂制备负极柔性及微观形貌优良,采用ES-Li作为负极黏结剂的电池在电化学稳定窗口、界面阻抗、首次循环效率、循环及倍率等方面均表现优异,ES-Li负极的首次库仑效率为89.93%,在1C下循环100次的容量保持率为96.93%,且在2C、5C倍率下的循环性能均优于EVOH及PVDF制备的负极,具有应用潜力及商业化前景。     

氢气竖炉内气固热质传递行为的数值模拟

随着对钢铁行业绿色低碳发展要求的日益迫切,氢气竖炉已成为目前涉及氢冶金工艺的研发焦点。由于H₂还原铁氧化物为强吸热反应,氢气竖炉的供气强度主要由还原反应和加热固相炉料对应的物理能需求决定,因此造成炉内物理能与化学能的利用严重不匹配。为定量研究氢气竖炉内复杂的气固两相热质传递行为,基于双流体假设,建立氢气竖炉CFD模型,并利用其考察炉料热装技术的影响。结果表明,炉料常温入炉及所考虑工况条件下,氢气竖炉的炉顶H₂利用率仅为23.7%。由于炉料显热无法得到有效利用,热装技术难以显著改善氢气竖炉内部热状态,也就不能解决物理能与化学能利用的不匹配问题。     

风淬工艺对粒化不锈钢氩氧脱碳炉渣的影响

为了改善不锈钢氩氧脱碳炉渣的稳定性,采用风淬法对不锈钢氩氧脱碳炉渣进行粒化试验,研究了炉渣碱度、改质剂、温度、风速和喷吹角度对其粒化效果的影响规律。结果表明,渣粒平均粒径随着碱度的降低先减小后逐渐增大,碱度为1.8时平均粒径达到最小值4.31 mm;添加氧化硼改质后,粒化渣平均粒径随着碱度的降低与改质前变化趋势相同,但整体减小;随着熔渣温度升高,粒化渣粒平均粒径增大;随着风速增大和喷吹角度减小,粒化渣粒平均粒径逐渐减小,在21.5 m/s风速下得到最小粒径3.67 mm,当喷吹角度为25°时达到最小粒径4.28 mm。     

基于LC-Triple TOF MS/MS技术分析杜仲不同药用部位化学成分差异

为探讨杜仲不同药用部位(杜仲、杜仲叶和杜仲雄花)化学成分的差异,采用液相色谱-串联三重四极杆飞行时间高分辨质谱(LC-Triple TOF MS/MS)结合多元统计分析技术对杜仲不同药用部位的化学成分进行差异分析。通过对多级串联质谱数据进行峰匹配、峰对齐、滤噪处理等分析,提取特征峰;用聚类分析(HCA)、主成分分析(PCA)和偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)进行数据处理;通过一级质谱精确质荷比和二级质谱碎片信息,结合软件数据库搜索、标准品比对及相关文献进行成分鉴定。结果显示:杜仲、杜仲叶与杜仲雄花三者的化学组成可得到明显区分;初步筛选鉴定出23种差异显著的化学成分,且呈现不同的变化规律。杜仲、杜仲叶及杜仲雄花化学成分的差异及其变化规律,可为揭示三者药效差异的物质基础提供依据。     

梦之线光栅单色器温度起伏对能量漂移的影响

为了确保光栅单色器温度起伏引起的能量漂移不影响光束线的表观能量分辨率,建立了单色器高精度的恒温环境。结合上海光源梦之线设计,根据光栅衍射方程推导出单色器温差与能量漂移之间的关系;据此设计了沿光束方向温度起伏较小的单色器恒温环境,测试了温度控制系统不同条件下的长期温度稳定性,并通过长时间多次测量氮气K边吸收谱的方法,得到了相应的能量漂移。结果显示:温度控制系统未启动的情况下,棚屋内最大温度变化约为0.62K,测得的能量漂移约为49 meV;温度控制系统使用独立冷水机时,最大温度变化约为0.20 K,相应的能量漂移约为17meV。实验表明,建立的单色器恒温环境满足设计要求,使得单色器温差引起的能量漂移对梦之线表观能量分辨率的影响得到有效控制。     

自适应窗口形状的中值滤波

中值滤波去除噪声的同时,难免出现含有线形图像的边缘轮廓信息跟随丢失的情况。为了达到滤除图像噪声最大化,有用信息损失最小化的目的,根据图像边缘特征选择或设计了适当大小和形状的窗口来进行中值滤波等操作。一方面,创新性地提出将Hough变换应用到车轮裂缝CT图像的滤波窗口形状的选择上,针对单一方向轮廓的图像,利用Hough变换检测出裂缝的方向,从而采用与裂缝形状相应的窗口对裂缝进行有针对性滤波,将该方法与传统方法进行了对比实验,并将60层滤波后切片图像堆栈得到了三维图像;另一方面,针对含有多个方向轮廓的图像,为了进一步改善滤波效果,提出根据像素梯度设计斜向滤波器,对多方向的线对进行滤波,数据显示经改进方法滤波后图像的峰值信噪比(PSNR)较传统的中值滤波提高了4~6,结构相似性(SSIM)提高了1%~2%左右,最后用683层荞麦切片CT图堆栈得到三维图像,对比滤波前后图像,可知该方法滤波效果良好。