喷雾干燥-高温固相法合成锂离子电池正极材料Li_2MnSiO_4的研究

通过加热回流-喷雾干燥-高温煅烧三步法制备了包覆碳的纯相Li2MnSiO4锂离子电池正极材料,研究了回流时间对材料性能的影响。通过XRD、SEM、TEM和电化学测试对Li2MnSiO4材料的结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征。结果表明,当电流密度为30mA/g时,所制备的材料首次放电容量达189.1mAh/g;当电流密度为300mA/g时,首次放电容量达132.9mAh/g,经过40次循环,保持了首次放电容量的55.6%。

BiPbSrCaCuO110K单相高温超导体的制备

比较了固态混合法和硝酸盐共分解法制备原料粉末的优劣,结果表明,用硝酸盐共分解法制备的粉末,经压块烧结后的J_c是固态混合法的5倍,X射线衍射结果表明,前者的110K相含量明显大于后者。本文还比较了一次和二次压制烧结工艺对超导体性能的影响,结果表明二次压制烧结工艺得到的超导体密度是一次压制烧结工艺的1.5—2倍,前者的J_c是后者的5倍,二次压制后表面织构明显增加。但高低温超导相的比例改善不明显。采用多重压制烧结法制备名义成份为Bi_(1.84)-Pb_(0.4)Sr_(1.91)Ca_(2.03)Cu_(3.06)O_x。的超导体,其T_c107K,密度5.5g/cm^3,77K磁化电流大于10~4A/cm^2,屏蔽效应超导体积大于90%。Meissner效应超导体积大于70%,磁化率随温度的变化没有两个台阶,粉末X射线衍射完全单相,块材X射线衍射表面有强烈((?))织构。

非常规烧结Bi带Jc及相结构的影响

对Bi系银基高温超导带材的烧结条件进行了详细的研究。采用常规烧结压制技术制备Bi系带材的Jc达3.15×10~4/cm^2,其平均值为1.74×10~4A/cm^2,偏差为0.78×10~4A/cm^2,采用非常规烧结处理制备的Bi系带材的Jc分别为2.64×10~4A/cm^2和2.0×10~4A/cm^2。最高达3.1×10~4A/cm^2,Jc值波动分别在±13%~±15%之间,而常规法的Jc波动在±45%之间。非常规烧结处理大幅度地提高了样品制备的稳定性和重复性,并减少了烧结时间和压制次数。未经压制,非常规烧结样品的临界电流比常规烧结品大;中间压制后,前者比后者增加的倍率大。Jc(B//带面和B上带面)随磁场的变化表明非常规烧结样品的性能优于常规烧结样品。Jc(B⊥带面)随磁场的变化及在一定磁场下人随转角的变化表明,二次压制可以提高带材的钉扎力和减小Bi带的各向异性。发现了非常规烧结技术可以减少Bi带中的非超导相且使其更加弥散分布。能谱分析表明非常规烧结Bi带中的非超导相为CaSrPbO相,大幅度地减少了常规烧结处理的Bi带中的SrCaCuO相。非常规烧结的Bi带组织有晶粒取向生长的迹象。形貌观察表明压制后的Bi带样品存在纵向裂纹。纵向剖面的能谱元素线扫描分析表明氧化物元素分布不均匀。

铝在硅中的固溶度

本工作通过对过去测定铝在硅中的固溶度的部分文章和数据较详细的分析,采用液相外延方法在温度区域700℃到1000℃之间,测得固溶度界于4×10^(18)～1.5×10^(19)atoms/cm^3,计算出相应的分凝系数,推得硅熔点1415℃的分凝系数为1.8×10^(-3),微分溶解热0.6eV。

Bi Pb Sr Ca Cu O F超导体的结构

对Ｂｉ￣（１．７）Ｐｂ￣（０．３）Ｓｒ＿２Ｃａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿（ｙ－ｘ）Ｆ＿ｘ（ｘ＝０．８）超导体Ｔ＿ｃ介于１１４～１１８Ｋ的样品进行ＳＥＭ和ＴＥＭ结构观察．超导体的晶粒尺寸大小不一，内部孔洞较多，元素的成分分布极不均匀．含Ｆ样品存在２种结构的２２２３相，其中含Ｆ的２２２３相沿ｂ＿Ｆ方向的调制周期为１３．８８，不含Ｆ的２２２３相沿ｂ方向的调制周期为９．４２，含Ｆ单胞在ａｂ面的点阵常数略有收缩．Ｆ取代部分Ｏ是产生调制周期变长和Ｔ＿ｃ提高的原因．

Bi系银基带材的制备微结构与性能的关系

采用分析纯原料进行粉末装管拉丝，然后用每道次变形量大于３０％的轧制工艺，经一次压制，在８２０～８８０℃之间非线性控制温度时间函数，总烧结时间少于１２０ｈ，制备出电流密度Ｊ＿ｃ（７７Ｋ，０Ｔ）大于３×１０￣４Ａ／ｃｍ￣２、波动范围在±２０％的高温超导Ｂｉ系银基带材，粉末装管后预抽真空处理和缓慢升温避免了长带材的起泡．ＤＴＡ研究表明，掺Ａｇ的带材降低了液相形成温度，提高了相分解温度，且使相变更易控制．ＳＥＭ显示非超导相为弥散细小的ＳｒＣａＣｕＯ。

热循环对粉末冶金Cu-14Al-4Ni马氏体相变点的影响

粉末冶金方法可成功地制取 Cu-14Al-4Ni(wt%)形状记忆合金。热循环使得粉末冶金法制得的 Cu-14Al-4Ni 形状记忆合金热弹性马氏体相变温度升高,最后趋于稳定。淬火速率越大,热循环过程中热弹性马氏体相变的稳定性越差。同样的淬火速率,热循环上限温度越高,随热循环次数增加相变温度变化越大。粉末冶金方法制取的本合金经空冷后有较好的热循环稳定性。本文提出了用应力弛豫假说来解释热循环对马氏体相变温度的影响。

快凝Cu-12Al-4Ni热弹性马氏体相变条件及显微结构特征

用快速凝固方法成功地获取了宽100mm、厚0.1mm 的 Cu-12Al-4Ni 形状记忆合金带。用DSC 法测得热弹性马氏体相变温度为 M_s=286℃、M_f=258℃、A_s=266℃、A_f=284℃。用透射电子显微镜观察到少量非晶态和大量缺陷。发现快速凝固得到的形状记忆合金中的热弹性马氏体相变需要较大的驱动力,升降温速度必须大于10℃/min,才能得到完全热弹性马氏体相变。

室温长时时效Cu-14Al-4Ni合金中马氏体电子显微特征

本文通过对室温时效二年的Cu-14Al-4Ni形状记忆合金进行电子显微研究,发现形状记忆合金中的马氏体在室温产生缓慢的亚结构变化,出现定向有序畴和晶界过渡区,孪晶界被破坏。矩形网格状有序畴产生并长大。首次观察到周期性反相结构与反相畴呈现在同一操作矢量下。用电子衍衬和能谱作原位观察,发现晶界出现溶质原子偏聚和位错缠结,晶内有序区出现周期性层错。基体、有序区和晶界的溶质原子Al的浓度呈现递增形式,其中基体贫Al,晶界富Al。

固体氧化物燃料电池系统中冷凝器的设计应用

盘管式冷凝器是固体氧化物燃料电池发电系统中的必不可少的器件,电池堆排放的高温阳极尾气通过冷凝器后,可燃气体进入燃烧器再次燃烧,冷凝水进入蓄水箱供汽化器使用。通过对盘管式冷凝器换热过程的计算分析,提出了冷凝器的合理参数,优化了其结构,进一步提高了换热效率,降低了材料成本。

基于天然气自热重整的SOFC系统性能分析

建立一个天然气自热重整的固体氧化物燃料电池(SOFC)系统模型,利用Aspen Plus化工流程模拟软件链接基于Fortran语言编写的电堆模型,在质量守恒和能量守恒的基础上,分析不同参数对系统性能的影响。模拟结果表明:随着水碳比的增加,甲烷和一氧化碳的转化率增大,导致氢气和二氧化碳含量增加;氧碳比和系统效率在水碳比为1.5时达到最大。随着燃料利用率的增加,电流密度增大,导致空气过量系数增大,空气利用率降低;系统的总效率和净效率均随之增大。尾气温度随着水碳比和燃料利用率的增加均呈现下降趋势。系统的最大总效率和净效率分别为44.5%和39.2%。研究结果为进一步优化自热重整系统指明了方向。

用DSC法研究形状记忆合金的热稳定性

用DSC法对粉冶法制得的Cu-15.39wt％Al-4.13wt％Ni形状记忆合金的热稳定性进行了研究,结果表明,其Ms在进行了10次热循环后开始稳定在140～200℃之间,合金有良好的热稳定性。

镱铝共掺杂氧化锆电解质材料制备与性能

采用固相法制备了镱铝共掺杂氧化锆电解质材料。实验结果表明:Al_2O_3(氧化铝)能促进电解质的烧结并提高电解质的抗弯强度。Al_2O_3对电导率的影响与Yb_2O_3(氧化镱)的掺杂量有关,仅当Yb_2O_3掺杂量为6%(摩尔分数)时,Al_2O_3掺杂有利于氧离子电导率。6%(摩尔分数)Yb_2O_3和0.5%(摩尔分数)Al_2O_3共掺杂的氧化锆电解质具有优异的抗弯强度和最高的氧离子电导率,以其作为支撑体的电池在800℃的功率密度为0.40W/cm^2。

Ga取代Mn对固体氧化物燃料电池阳极材料La_4Sr_8Ti_(11)Mn_(1-x)Ga_xO_(38-δ)微结构、性能的影响

采用球磨-高温固相法合成固体氧化物燃料电池阳极材料La4Sr8Ti11Mn1-xGaxO38-δ(x=0、0.25、0.50、0.75),并研究Ga取代量对该系列材料(LSTMG)的晶体结构、热膨胀系数(TEC)、电子电导率的影响规律。研究结果表明,随着Ga取代量的增加,LSTMG的晶格常数逐渐减小,电子电导率先增加后降低,热膨胀系数呈现先降低后增加的趋势。当x=0.50时,该系列材料具有较好的综合性能。

固体氧化物燃料电池电解质10Sc1CeSZ的固液复合合成方法研究

结合当前国内外关于固体氧化物燃料电池电解质10Sc1CeSZ合成技术的研究现状,提出了一种新颖的合成方法,即固液复合法(SLM),这种方法具有低成本和环境友好的特点,表现出良好的应用潜力。主要考察了氧化锆比表面积对粉体晶体结构的影响,并探讨了该方法的主要合成机理。结果表明,氧化锆比表面积大于60m2/g时可以获得纯的立方相粉体。与传统的共沉淀合成法相比,SLM法合成的粉体具有更好的微结构和烧结性能、电解质性能。烧结后的电解质片的电导率在10Sc1CeSZ电解质中处于较高水平,在800℃时达到了0.14S/cm。

固体氧化物燃料电池气密性检测装置的设计

固体氧化物燃料电池的正常工作要求其电解质层具有足够的气密性。本文阐述了固体氧化燃料电池气密性检测装置的测试原理,设计方法以及实验流程。该装置流体系统主要由真空泵、电磁阀、真空规等零部件构成,测控系统主要由研华PCL-818L数据采集卡、PCLD-885功率继电器输出板和IPC-610L工控机等硬件构成,测控软件通过LabVIEW软件自行编制完成。

实用型高T_c超导YBCO线材及器件的研究

陶瓷线材成型的关键之一是选择合适的增塑剂。本研究表明,十八烯-9-酸,即油酸是高T_CYBCO超导粉末成型的优良增塑剂。ESR谱及IR谱均证实油酸在常温时能与YBa_2Cu_3O_(7-δ)中的Y,Ba,Cu的离子反应,同时生成油酸铜配合物等有机盐,高温烧结后可全部分解挥发,在增塑挤压线材中掺入3wt-％-5wt-％的Ag粉,对缓解Y系超导体水解,长时间稳定J_C,降低线材表面电阻等方面起到良好效果。优化线材成型工艺使线材J_C达到800～1000A/cm^2,可满足弱电应用要求。在解决了挤压线材的焊接问题后,已初步试制成R.F.SQUID简易闭合磁通变换器以及小天线。

BiPbSbSmSrCaCuO高温超导体的制备和结构

本工作研究了Bi_(2-x)Pb_xSr_2Ca_2Cu_3O_2和Bi_(1.6)Pb_(0.4-x-y)Sb_xSn_ySr_2Ca_2Cu_3O_2系统样品的超导性质。以较短的烧结时间制得零电阻温度为107K的Bi_(1.6)Pb_(0.4)Sr_2Ca_2Cu_3O_2和110K的Bi_(1.6)Pb_(0.35)Sb_(0.05)Sr_2Ca_2Cu_3O_2的高温超导相。Bi系超导体的结构为两相,其中85K相是a=b=5.408,c=30.74的四方相;而110K相是a=5.408,b=5.336,c=37.10的正交相。

LSCF-GDC氧电极固体氧化物电堆高温蒸汽电解制氢性能研究

为研究基于LSCF-GDC氧电极的固体氧化物电解池堆的电解性能,自制了30单元(10 cm×10 cm)的平板式电解电堆,通过改变固体氧化物电解池堆的操作温度、水蒸气含量、气体流量等条件,记录不同条件下电解的极化曲线。分析操作条件对高温电解水蒸气极化的影响,并计算电解制氢的系统效率。结果表明较高的温度、水蒸气含量、水蒸气流量,以及氧电极空气的通入有利于降低过电位;在800℃,通入6 L×min^(-1) 90%湿度的氢气,电解电压为1.27 V时,系统效率达到最大值80.8%,此时电堆的产氢速率为4.57 L×min^(-1)。

重整条件对SOFC电池堆性能影响的实验研究

以天然气为燃料,建立了外部重整固体氧化物燃料电池(SOFC)系统的实验平台,在不同重整工艺参数条件下,对电池堆的性能进行了测试,得到了电池堆性能参数的变化趋势,分析了水碳物质的量比(即水碳比)、重整温度、重整方式以及天然气体积流量对SOFC电池堆性能的影响.结果表明:在不同的电流密度下,采用水蒸气重整方式电池堆的输出功率高于自热重整方式电池堆的输出功率;当电池堆工作温度设定恒值为1 023K时,随着水碳比的增大,电池堆的输出功率逐渐提高,随着天然气体积流量的增加,电池堆的输出功率显著提高.