锂离子电池SEI多尺度建模研究展望北大核心CSCD

锂离子电池高还原性负极表面的固体电解质界面膜(SEI)是影响电池电化学性能与稳定性的关键组分,但SEI的形成涉及多尺度、多物理场下的复杂过程,且组分异常复杂。在电池外壳“黑箱”环境下,现有的非原位技术对其表征无能为力,而原位技术又难以得到较高真实度的结果,难以深入理解SEI的相关机制。采用数学的方法对SEI进行建模研究,有望将复杂的物理场进行解耦,进而精准描述SEI的形成和演化的机制与过程,是近年来电池领域的研究热点。本文按对象尺度由小到大从原子到介观尺度逐渐增大的顺序分别总结了第一性原理分子动力学、反应力场分子动力学、经典分子动力学、蒙特卡罗算法、宏观性质建模在SEI建模研究中的应用进展,介绍其在指导电极材料开发及电解液改性方面的成功案例,着重讨论分析了多尺度建模研究SEI的难点与不足。并提出针对SEI的电化学势场特性建立力场算法平台,采用动力学蒙特卡罗方法和机器学习辅助将模型拓展到数万直至数亿原子,并通过逐级计算结合试验验证及专家评估促使收敛,获得具有量子力学精度且带电化学势场的SEI模型,有望实现SEI的长时域建模。     

压力驱动的毛细管内气体流动特性数值研究

安全壳缝隙内气溶胶的输运与滞留与缝隙内的气体流动密切相关。为利用现有的气溶胶穿透系数关系式评估事故后缝隙内的气溶胶滞留效率，以毛细管为代表性缝隙，基于一维可压缩绝热流动方程提出了一种压力驱动的气体流动计算方法，能够计算气流的亚音速、临界音速与壅塞状态。采用代表性的毛细管流动特性实验和计算流体力学(CFD)方法对本文提出的计算方法进行验证，结果显示流动变化趋势一致，气体流量与实验值相比绝大部分偏差小于10%,证明了一维计算方法的准确性与合理性，且效率优于CFD方法。在此基础上分析了毛细管两侧压差和内径对气体流动的影响，得到了不同内径毛细管内质量流量随压差的变化规律。本文研究结果可以为缝隙内气溶胶的滞留评估奠定技术基础，后续将拓展该计算方法至压力驱动的毛细管内多组分气体流动的模拟。     

汽车大梁钢粉状氧化铁皮剥落定量评价分析

大梁钢板热轧生产后直接用于汽车零件的冲压成型，其表面氧化铁皮的控制直接关系到冲压过程的稳定性及车间环境，因此开展汽车大梁钢粉状氧化铁皮剥落定量评价分析具有重要的理论与实践意义。针对大梁钢氧化铁粉剥落严重的问题，通过工业试验，开展了不同热轧终轧温度及卷取温度下氧化铁粉剥落量检测与成分分析，采用扫描电镜分析了氧化铁皮的层状结构与致密度，并定量研究了610L大梁钢热轧卷氧化铁皮中Fe₃O₄、FeO含量与氧化铁皮剥落的关系，得到氧化铁皮中Fe₃O₄质量分数为80%且FeO质量分数为3%左右时，610L钢的氧化铁皮最不容易脱落，形成不掉粉、高塑性的“黑皮钢”特性。针对后续冷加工过程中氧化铁皮剥落问题，通过三点弯曲试验进行了FeO含量与氧化铁粉剥落特性关系研究，发现FeO含量高的氧化铁粉在塑性弯曲的小变形阶段，其剥落多于FeO含量少的样品，但在大变形情况下，氧化铁粉剥落少于FeO含量较少的样品，其剥落质量差呈现出“先负后正”的特点。随着弯曲位移的增大，氧化铁皮剥落逐渐增多，且受压面氧化铁皮剥落多于受拉面。受拉面...