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铝电解槽阴极钠扩散及热应力-钠膨胀耦合的计算 被引量:2
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作者 王恒 周凯琦 +1 位作者 周终强 黄俊 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2007-2014,共8页
利用ANSYS Workbench仿真平台建立铝电解槽热应力-钠膨胀耦合计算的有限元模型,提出利用非稳态质量扩散和瞬态热传导的相似性模拟钠扩散的方法,得到了钠在阴极炭块中的浓度分布。根据钠浓度的分布将钠膨胀系数转化为热膨胀系数,实现钠... 利用ANSYS Workbench仿真平台建立铝电解槽热应力-钠膨胀耦合计算的有限元模型,提出利用非稳态质量扩散和瞬态热传导的相似性模拟钠扩散的方法,得到了钠在阴极炭块中的浓度分布。根据钠浓度的分布将钠膨胀系数转化为热膨胀系数,实现钠膨胀和热膨胀的间接耦合,模型还考虑钢的塑性变形和摩擦接触,计算结果与实际情况吻合较好。 展开更多
关键词 铝电解槽 钠扩散 热应力 膨胀 有限元
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磷掺杂解决玻璃基TiO_2光催化薄膜的钠扩散问题 被引量:2
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作者 王菁晶 贺蕴秋 郑江 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第9期140-143,共4页
采用溶胶-凝胶法在钠钙硅玻璃上制备了纯的和掺磷的Ti O2薄膜,分别用AFM、XRD分析了薄膜的表面形貌和晶相组成。磷的掺入降低了Ti O2锐钛矿相的结晶度,并且可以与从钠钙硅玻璃基片中扩散至薄膜的钠离子形成磷和钠的化合物,从而降低热处... 采用溶胶-凝胶法在钠钙硅玻璃上制备了纯的和掺磷的Ti O2薄膜,分别用AFM、XRD分析了薄膜的表面形貌和晶相组成。磷的掺入降低了Ti O2锐钛矿相的结晶度,并且可以与从钠钙硅玻璃基片中扩散至薄膜的钠离子形成磷和钠的化合物,从而降低热处理过程中钠离子扩散对Ti O2薄膜光催化活性产生的不利影响。利用罗丹明B作为光催化降解物质来表征Ti O2薄膜的光催化活性,在相同的实验条件下,纯的Ti O2薄膜的降解率为24.3%,掺磷5%的Ti O2薄膜的降解率为50.3%。 展开更多
关键词 二氧化钛 磷掺杂 钠扩散 罗丹明B
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基于细观结构的铝电解阴极炭块钠扩散过程的数值分析和实验研究 被引量:3
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作者 刘庆生 许真铭 汤卫东 《材料研究学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期233-240,共8页
依据铝电解阴极炭块结构的非匀质特性,将其看作由炭骨料和沥青粘合剂组成的多相复合材料,从细观结构的角度研究了钠的扩散过程。采用Matlab编写不同炭骨料粒度组成和含量的随机圆、椭圆、多边形骨料投放模型程序,得到七种阴极炭块细观... 依据铝电解阴极炭块结构的非匀质特性,将其看作由炭骨料和沥青粘合剂组成的多相复合材料,从细观结构的角度研究了钠的扩散过程。采用Matlab编写不同炭骨料粒度组成和含量的随机圆、椭圆、多边形骨料投放模型程序,得到七种阴极炭块细观结构模型图片,并以igs模型文件形式导入ANSYS建立了二维有限元数值模型。依据扩散方程和热传导方程的相似性,采用ANSYS的热分析单元对钠扩散过程进行模拟求解,分析了炭骨料粒度组成、含量和形貌对钠扩散过程的影响。结果表明,与炭块中沥青相比,炭骨料对炭块中的钠扩散的阻碍作用更大,炭骨料颗粒圆度越小、骨料粒度组成越小、含量越高,则钠的扩散速率越低。对于粒度组成为0.003~0.006 m、含量为80%的圆形炭骨料模型,钠的扩散速度最低;模拟结果与试验结果有较好的一致性,证明了模拟的精确性和可靠性。 展开更多
关键词 无机非金属材料 钠扩散 有限元模拟 阴极炭块 骨料
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镍铁锰酸钠层状氧化物的制备及性能研究
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作者 王亿周 胡晓梅 +1 位作者 王永详 张维民 《无机盐工业》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期57-64,共8页
O3型NaNi_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)O_(2)正极材料具有比容量高、高低温性能优良等特性,是一种具有实际应用价值的钠离子正极材料。通过共沉淀法制备了一系列正极材料,重点研究了pH对材料特征和性能的影响。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射... O3型NaNi_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)O_(2)正极材料具有比容量高、高低温性能优良等特性,是一种具有实际应用价值的钠离子正极材料。通过共沉淀法制备了一系列正极材料,重点研究了pH对材料特征和性能的影响。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、恒电流间歇滴定技术(GITT)及其他电化学测试技术对NaNi_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)O_(2)材料的形貌、晶格参数、循环性能、倍率性能、钠离子扩散系数及赝电容贡献率等进行分析,发现随着pH的增大,样品粒径呈减小趋势,且过高的pH会造成样品粒径锐减,最佳合成pH为11。最佳pH条件下NaNi_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)O_(2)材料的电化学测试结果表明,在30℃下电流密度为0.2C时,其放电比容量为142.3mA·h/g,展现出优异的电化学性能。 展开更多
关键词 离子电池 共沉淀法 离子扩散系数 赝电容
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O3/P2-Na_(x)Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)复合相正极材料的结构演变与储钠性能 被引量:1
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作者 蔡浩然 闫利珏 +1 位作者 杨旭 潘慧霖 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2707-2714,共8页
复合相界面可有效抑制含钠层状过渡金属氧化物正极材料中复杂的结构相变,提高循环稳定性。然而,复合相界面的设计与调控与层状氧化物的合成、煅烧过程密切相关。通过改变降温方式可实现对O3/P2-Na_(x)Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)复... 复合相界面可有效抑制含钠层状过渡金属氧化物正极材料中复杂的结构相变,提高循环稳定性。然而,复合相界面的设计与调控与层状氧化物的合成、煅烧过程密切相关。通过改变降温方式可实现对O3/P2-Na_(x)Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)复合相正极材料的O3/P2相界面调控,进而调节其电化学储钠性能。研究发现,自然降温有利于高温煅烧阶段扩散至材料表面的钠离子返回体相,形成稳定的O3/P2相界面。急速降温过程如液氮骤冷,会阻隔钠离子返回体相,导致复合相材料容量降低,且不利于形成稳定的O3/P2相界面,削弱循环性能。电化学阻抗和循环伏安测试表明液氮降温会增大O3/P2-Na_(x)Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)复合相界面阻抗,限制钠离子扩散动力学,导致钠离子扩散系数下降。本工作尝试建立钠离子扩散平衡机制以解释降温过程中钠离子的扩散行为及其对O3/P2相界面与体相钠含量的影响。合理调控层状氧化物正极煅烧过程的降温过程,对构建稳定复合相结构,抑制结构相变,提高层状氧化物材料的电化学稳定性具有重要意义。 展开更多
关键词 离子电池 复合相结构 结构相变 降温过程 离子扩散
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LiNbO_3晶体表面Na^+扩散的理论分析及实验研究
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作者 强亮生 徐崇泉 +1 位作者 张俊宝 韦永德 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期326-328,331,共4页
基于扩散方程 ,对LiNbO3 晶片Na+ 扩散进行了理论分析和实验研究。研究表明 ,LiNbO3 晶体的Na+ 扩散工艺宜选择Na2 CO3 和富锂LiNbO3 的混合物为扩散源 ,于 95 0~ 10 0 0℃扩散 2 0h。扩散可一定程度地保证Na+ 的均匀性。扩散层厚度以... 基于扩散方程 ,对LiNbO3 晶片Na+ 扩散进行了理论分析和实验研究。研究表明 ,LiNbO3 晶体的Na+ 扩散工艺宜选择Na2 CO3 和富锂LiNbO3 的混合物为扩散源 ,于 95 0~ 10 0 0℃扩散 2 0h。扩散可一定程度地保证Na+ 的均匀性。扩散层厚度以及Na+ 相对含量和扩散层厚度的关系与扩散时间密切相关 ,且Na+ 扩散进入LiNbO3 晶片的扩散源是相对变化的 ,表层为NaNbO3 ,其次是Li1-xNaxNbO3 ,x值随扩散的深入而变小。同时发现晶片的Na+ 扩散是以Na+ 替代Li+ 展开更多
关键词 LINBO3晶体 理论分析 扩散机理 离子扩散
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钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)2O2F的控制合成与电化学性能优化 被引量:4
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作者 谷振一 郭晋芝 +5 位作者 杨洋 吕红艳 赵欣欣 席晓彤 何晓燕 吴兴隆 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1641-1648,共8页
采用简单的水热合成法制备氟磷酸钒氧钠(Na_3V_2(PO_4)_2O_2F,简写为NVPOF),通过调节水热反应溶液的pH值和反应温度等关键参数,有效调节NVPOF的颗粒尺寸和均匀性,优化其电化学性能。研究结果显示,性能最优的NVPOF的合成条件是:pH值为7.0... 采用简单的水热合成法制备氟磷酸钒氧钠(Na_3V_2(PO_4)_2O_2F,简写为NVPOF),通过调节水热反应溶液的pH值和反应温度等关键参数,有效调节NVPOF的颗粒尺寸和均匀性,优化其电化学性能。研究结果显示,性能最优的NVPOF的合成条件是:pH值为7.00±0.05,水热反应温度为170℃。在该条件下合成的NVPOF正极材料具有优异的电化学性能,表现为0.1C(1C=130 mA·g^(-1))的倍率下放电比容量可达123.2 mAh·g^(-1),且在20C的高倍率下仍可实现85.9 mAh·g^(-1)的比容量,在1C下循环200圈后其容量保持率为96.2%,表明该材料具有高容量、优异的倍率和循环性能。所制备的NVPOF颗粒为纳米尺度且具有很高的均匀性,可缩短Na^+的传输路径从而缩短其传输时间,且NVPOF晶体结构具有高稳定性,是一类具有高性能的钠离子电池正极材料。 展开更多
关键词 离子电池正极材料的优化 高性能正极材料 水热合成 Na3V2(PO4)2O2F 离子扩散动力学
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Study on the Diffusion Coefficient of Sodium Chloride at Infinite Dilution in Supercritical Water
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作者 肖吉 陆九芳 +1 位作者 陈健 李以圭 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2003年第2期208-212,共5页
The molecular dynamics (MD) was employed to simulate the diffusion coefficient of sodium chloride at infinite dilution in supercritical water from 703.2 K to 763.2 K and from 30 MPa to 45 MPa. Based on the simulated d... The molecular dynamics (MD) was employed to simulate the diffusion coefficient of sodium chloride at infinite dilution in supercritical water from 703.2 K to 763.2 K and from 30 MPa to 45 MPa. Based on the simulated data and the Patel-Teja(PT) equation of state and the Liu-Ruckenstein equation, an equation for calculating the diffusion coefficient of NaCl at infinite dilution in supercritical water is proposed. Both the agreement between the simulated and correlated data, and that between the simulated and predicted data of diffusion coefficients for NaCl in supercritical water ranging from 703.2K to 803.2 K and from 25 MPa to 50 MPa show that this equation is applicable for the calculation of diffusion coefficients. 展开更多
关键词 diffusion coefficient sodium chloride supercritical water
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Cations stress on low-grade nickel sulfide ore oxidation leaching
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作者 KANG Jin-xing WANG Xin +4 位作者 WANG Ya-yun LIU Zhao-bo HAN Guo-qiang LIU Zhi-guo WANG Chuan-long 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第11期3278-3289,共12页
The effects of cations stress of magnesium ion and sodium ion on the low-grade nickel sulfide ore oxidative leaching in simulated sulfuric acid solutions were investigated.This study was performed in two courses,inclu... The effects of cations stress of magnesium ion and sodium ion on the low-grade nickel sulfide ore oxidative leaching in simulated sulfuric acid solutions were investigated.This study was performed in two courses,including the effect of the cations on the valuable metals leaching efficiencies of the nickel ore and its influences on the electrochemical oxidation behavior of the nickel ore.The leaching results present that parts of magnesium-containing gangues and ferrous sulfide are preferentially dissolved into lixivium,and the leaching efficiencies of Ni and Cu decreased much related to the leached concentrations of Mg^2+increased.The results of electrochemical measurements show that the oxidation leaching of the low-grade nickel sulfide ore is controlled by the intermediates oxidative diffusion.Mg^2+,as well as Na^+,affects the transformations of the Fe^3+/Fe^2+ couple and sulfur-containing species,and those cations are apt to be attracted by the anions and directionally adhere to the negative active site of the metal sulfide surface,causing an increase in the electrochemical activities,which facilitates the electron transfer between the ore and leaching mediums.By comparative study of the role of Mg^2+ and Na^+,it is found that Mg^2+ negatively affects the oxidative diffusion of the intermediates through promoting the generation of a compact film,which lowers the metals leached efficiencies,and the unfavorable effect of Na+tends to be the coupled effect of the leached Mg^2+ and Fe^3+. 展开更多
关键词 magnesium ion sodium ion intermediates diffusion directional adsorption passivation film
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Diffusion-controlled Adsorption Kinetics of Surfactant at Air/Solution Interface 被引量:3
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作者 刘俊吉 徐芸 孙红秀 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第9期953-958,共6页
For the diffusion-controlled adsorption, the expression of dynamic surface adsorption P(t) was ob- tained by solving the diffusion equation. Two cases, i.e. the short and long time limits, were mainly discussed in t... For the diffusion-controlled adsorption, the expression of dynamic surface adsorption P(t) was ob- tained by solving the diffusion equation. Two cases, i.e. the short and long time limits, were mainly discussed in this paper. From the measured dynamic surface tension of aqueous surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) solutions at 25 ℃, the adsorption kinetics of SDS at air/solution interface was studied. It was proved that for both of the short and long time limits, the adsorption process of SDS was controlled by diffusion. 展开更多
关键词 ADSORPTION air/solution interface dynamic surface tension
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First-principles computational studies on Na^(+) diffusion in Li-doped P3-type NaMnO_(2) as cathode material for Na-ion batteries 被引量:2
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作者 ZHANG Yu LI Jie +3 位作者 ZHANG Hong-liang DU Ke ZHOU Xiang-yuan WANG Jing-kun 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第9期2930-2939,共10页
Na-ion diffusion kinetics is a key factor that decided the charge/discharge rate of the electrode materials in Na-ion batteries.In this work,two extreme concentrations of NaMnO_(2) and Na_(2/3)Li_(1/6)Mn_(5/6)O_(2) ar... Na-ion diffusion kinetics is a key factor that decided the charge/discharge rate of the electrode materials in Na-ion batteries.In this work,two extreme concentrations of NaMnO_(2) and Na_(2/3)Li_(1/6)Mn_(5/6)O_(2) are considered,namely,the vacancy migration of Na ions in the fully intercalated and the migration of Na ions in the fully de-intercalated.The Na-vacancy and Na^(+)distribution in NaMnO_(2) migrated along oxygen dumbbell hop(ODH)and tetrahedral site hop(TSH),and the migration energy barriers were 0.374 and 0.296 eV,respectively.In NaLi_(1/6)Mn_(5/6)O_(2),the inhomogeneity of Li doping leads to the narrowing of the interlayer spacing by 0.9%and the increase of the energy barrier by 53.8%.On the other hand,due to the alleviation of Jahn-Teller effect of neighboring Mn,the bonding strength of Mn-O was enhanced,so that the energy barrier of path 2-3 in Mn-L1 and Mn-L2 was the lowest,which was 0.234 and 0.424 eV,respectively.In Na_(1/6)Li_(1/6)Mn_(5/6)O_(2),the migration energy barriers of Na-L2 and Na-L3 are 1.233 and 0.779 eV,respectively,because Li+migrates from the transition(TM)layer to the alkali metal(AM)layer with Na^(+)migration,which requires additional energy. 展开更多
关键词 density functional theory nudged elastic band diffusion kinetics Jahn-Teller distortion sodium migration
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多金属共掺杂制备Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2钠离子电池正极材料及电化学性能优化机理研究 被引量:1
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作者 张远朋 赵方晖 +2 位作者 张国举 杨洁 段连峰 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期117-126,共10页
利用简单的水热结合煅烧法制备Na0.91MnO2,并以此为前驱体材料,在相同条件下进行Ni掺杂制备Na0.67Mn0.67Ni0.33O2纳米颗粒有效地提高了比容量。进一步地,又对Na0.67Mn0.67Ni0.33O2进行Co掺杂制得Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2,发现得到的... 利用简单的水热结合煅烧法制备Na0.91MnO2,并以此为前驱体材料,在相同条件下进行Ni掺杂制备Na0.67Mn0.67Ni0.33O2纳米颗粒有效地提高了比容量。进一步地,又对Na0.67Mn0.67Ni0.33O2进行Co掺杂制得Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2,发现得到的电极材料具有更高的循环稳定性。通过微观结构及成分分析所合成的样品成分均一、形貌均匀,粒径大约300nm。其中Ni、Co共掺杂的Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2在电流密度0.1C时,首次充、放电比容量均为160mA·h·g^-1以上,经过200次循环的放电比容量保持在120mA·h·g^-1。电流密度1C时可逆容量可达到90mA·h·g^-1。研究表明,通过Ni的掺杂提高了纳米颗粒的比容量,Co掺杂可提高电极材料的钠离子扩散系数,减小电荷转移阻抗,双掺杂可有效提高电极材料的比容量、倍率与循环性能。 展开更多
关键词 锰酸 多金属掺杂 离子电池 正极材料 离子扩散
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Ab initio prediction of borophene as an extraordinary anode material exhibiting ultrafast directional sodium diffusion for sodium-based batteries 被引量:6
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作者 Le Shi Tianshou Zhao +1 位作者 Ao Xu Jianbo Xu 《Science Bulletin》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第14期1138-1144,共7页
Density functional theory calculations and ab initio molecular dynamics simulations are performed to study the feasibility of using borophene, a newly synthesized two-dimensional sheet of boron, as an anode material f... Density functional theory calculations and ab initio molecular dynamics simulations are performed to study the feasibility of using borophene, a newly synthesized two-dimensional sheet of boron, as an anode material for sodium-ion and sodium-oxygen batteries. The theo- retical capacity of borophene is found to be as high as 1,218 mAh g-1 (Nao.sB). More importantly, it is demonstrated that the sodium diffusion energy barrier along the valley direction is as low as 0.0019 eV, which corresponds to a diffusivity of more than a thousand times higher than that of conventional anode materials such as Na2Ti307 and Na3Sb. Hence, the use of borophene will revolutionize the rate capability of sodium-based batteries. Moreover, it is predicted that, during the sodiation process, the average open-circuit voltage is 0.53 V, which can effectively sup- press the formation of dendrites while maximizing the energy density. The metallic feature and structural integrity of borophene can be well preserved at different sodium concentrations, demonstrating good electronic conductivity and stable cyclability. 展开更多
关键词 Borophene - Sodium anode Directionaldiffusion Ultrafast diffusivity
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