铝电解用金属惰性阳极的研究进展

铝电解工业已有百余年的历史,以惰性阳极为代表的新工艺是铝电解研究的热点问题。惰性阳极主要分为陶瓷阳极、金属陶瓷阳极和金属阳极3类,本文分析了3种惰性阳极的特点,并重点评述金属阳极的研究近况。钾冰晶石电解质体系作为一种铝电解新型低温电解质体系,具有操作温度低、Al2O3溶解性能好等优势。指出在钾冰晶石低温体系中应用金属阳极将成为今后铝电解很有希望的一种新工艺。

高介电性能的陶瓷-聚合物复合材料的研究现状

在材料研究领域中,具有电学性能的陶瓷/聚合物复合材料是一种新型的复合材料,其中具有高介电性能的陶瓷/聚合物0-3复合材料以其广泛的应用前景已经引起人们极大的关注。文中介绍了具有高介电性能的陶瓷/聚合物复合材料的介电理论模型及其制备方法,概述了国内外的研究现状及应用,并且对未来的发展趋势做了展望。

超级电容器研究及其应用

超级电容器是近年来发展起来的一种新型的储能装置 ,具有功率密度高、寿命长、使用温度宽及充电迅速等优异特性 ,对其的研究及应用也日益活跃。本文介绍了超级电容器的原理和分类 ,以及近年来超级电容器的发展和商业化进程。同时 ,也介绍了超级电容器的应用情况。随着电动车研究的兴起 ,超级电容器重要的研究方向之一是将其与高比能量的蓄电池连用 ,在车辆加速、刹车或爬坡的时候提供车辆所需的高功率 ,达到减少蓄电池的体积和延长蓄电池寿命的目的。纳米碳材料的出现和发展为超级电容器电极材料研究提供了新的发展方向 。

空芯玻璃微球表面改性及其介电性能研究

采用直流磁控溅射法对空芯二氧化硅微球表面镀Ni薄膜,利用扫描电镜对镀Ni膜微球形貌进行观察。结果表明获得了金属Ni包覆的玻璃微球。将镀Ni膜微球与高分子粘合剂混合制得人工介质材料,在一定频率范围内,测试其介电常数,并采用有效媒质理论对测试结果进行了分析。研究结果表明,在体积分数一定的情况下,介质材料的有效介电常数eeff随膜厚的增加而增加。eeff随着镀Ni微球体积分数的增加而增加,其实验值与有效媒质理论的C M公式计算值较好地吻合。

钛基非蒸散型吸气剂的性能研究

研究了不同成分经相同工艺制成的钛基烧结体非蒸散型吸气剂的性能。测试了钛基吸气剂在3种激活工艺下的室温吸氢性能,并将它们与传统同类型高温激活Zr-C吸气剂的室温吸氢性能作了对比。同时对钛基吸气剂进行了形貌观察、孔隙度测试和强度测试。结果表明,这种新型的钛基吸气剂在低温激活时的室温吸氢性能优于高温激活的传统Zr-C吸气剂,随着激活温度的升高,新型吸气剂的性能更好。此外,新型吸气剂抗振动性能很好,解决了传统吸气剂的掉粉问题。

便携式质子交换膜燃料电池系统集成研究

设计、开发并研制出了小型便携式质子交换膜燃料电池(PEMFC)电源系统,该系统采用常压空气为氧化剂,可逆金属氢化物储氢器来存储、供应氢气,并采用单片机作为核心控制单元的高效、可靠的电池管理系统来实现各子单元的协调控制。对研制出的200W便携式质子交换膜燃料电池系统演示样机进行了一系列性能测试,包括氢气压力、尾气排放、风扇高度、氢气增湿以及系统热管理对便携式PEMFC系统性能的影响,发现了影响便携式PEMFC系统性能的关键问题,并提出了解决方案。

纳米二氧化钛粒子分散性能的研究

以四氯化钛为原料,采用溶胶 凝胶法技术合成路线,获得了平均粒径为63nm的二氧化钛粉末。采用分散技术,不仅可以改善粒子的分散性能,而且对粒子的生长也起到一定的抑制作用。研究表明:(1)采用SDS作为分散剂时,其极性基团和非极性基团分别与水和纳米TiO2粒子相结合,从而阻隔了TiO2粒子的团聚,起到分散作用。(2)以稀土元素La作为分散剂,其独特的轨道结构,不仅扩大了能量吸收的范围,更重要的是它与TiO2形成的络合物,使其成为相对独立的小团体,而它本身很小的固溶度使其难于形成合金化组元,结果被释放出来,从而形成更小的纳米TiO2粒子,起到分散纳米TiO2粒子的作用,并同时抑制纳米TiO2粒子的生长。

Cl^-在Al(100)表面吸附的密度泛函理论研究

通过第一性原理的密度泛函理论,研究Cl-离子在Al(100)表面的吸附行为,获得了不同覆盖度下Cl-离子在Al(100)表面吸附后的能量、结构参数和电子特性。计算结果表明,Cl-离子在Al(100)表面的顶位(T)和桥位(B)的吸附较稳定,而洞位(H)是能量上最不稳定的吸附位,吸附能随着覆盖度的增大而减小。同时,表面吸附Cl-离子,还引起靠近表面的多层Al原子发生不同程度的收缩;随着覆盖度的增加,被吸附的Cl-离子之间的距离变短,使得它们之间的静电排斥和静电能增大,并导致表面吸附能和吸附的Cl-离子与最外层Al原子间的垂直距离逐渐减小。通过对清洁的Al(100)表面及Cl-离子在不同位置的吸附表面的态密度分析,得到如下结论:Cl-离子在Al(100)表面的吸附主要是由于Cl-的2s和2p轨道与基底金属的3p轨道相互作用的结果。

气体压力敏感材料的发展

介绍了气体压力敏感材料的发展状况,并总结、比较了不同敏感机理下的气体压力敏感材料的性能,最终对气体压力敏感材料的发展趋势进行了预测。

LaNi_4Al_(0.75)M_(0.25)(M=Mn,Sn,In,Ti,Zr)合金吸放氢性能研究

采用XRD及等容法研究了元素替代对LaNi4Al0.75M0.25(M=Mn,Sn,In,Ti,Zr)合金相结构、吸放氢动力学和热力学性能的影响。结果表明:Sn,In替代对合金的吸放氢平台压力影响不大,而Mn,Ti,Zr替代明显降低了合金的平台压力;5种合金的吸氢量按替代元素Mn>In>Sn>Ti>Zr顺序降低,XRD分析结果表明降低原因是元素替代后合金中形成了杂质相;合金主相的晶胞体积与热力学焓变ΔH的绝对值大小顺序按替代元素表示均为Mn>Zr>Ti>Sn>In,而熵变ΔS差异不大。

钴-泡沫镍催化剂制备及性能研究

泡沫镍具有较高的比表面积和大的孔径,适合作为硼氢化钠(NaBH4)催化水解供氢用催化剂的载体,采用化学镀的方法制备钴-泡沫镍催化剂,考察了负载钴量,热处理和添加钯对催化性能的影响。结果显示,钴负载量对活性影响显著;热处理虽然不能显著提高催化剂活性但可显著提高其稳定性。钴-泡沫镍催化剂经过300℃热处理后,在碱液中存放32 d活性为36.92%,而添加钯并300℃热处理后在碱液中存放32 d活性可保持41.63%。

闭孔泡沫铝吸声性能的影响因素

利用熔体转移发泡法制备闭孔泡沫铝,从孔径大小、打孔率、背后空腔以及背后贴膜方面对其吸声性能进行研究。结果表明:孔径大的闭孔泡沫铝吸声系数要远好于孔径小的闭孔泡沫铝的吸声系数;打孔后闭孔泡沫铝吸声系数有了明显的提高,当分别打孔0.5%、1%和2%后,闭孔泡沫铝最高吸声系数从0.42分别增加到了0.53、0.75和0.96;打孔闭孔泡沫铝背后加空腔吸声曲线都表现出明显的亥姆霍兹共振器吸声特性,且随空腔厚度的不断增加,低频吸声系数逐渐增加,高频吸声系数逐渐降低,最高吸声系数向低频迁移;背后贴膜闭孔泡沫铝吸声特性曲线出现峰值吸声特征消失的现象,表现出吸声系数随频率增加而增加的特性。

MH/Ni动力电池的分选及性能

研究了燃料电池城市客车用MH/Ni动力电池的分选组合方法及充放电性能。分别采用LBC 80方形动力电池检测分析系统和电动车用动力电池仿真测试系统对100AhMH/Ni动力电池进行分选,选出320只单体电池,并进行了12V模块的组合。结果表明:分选组合而成的12V模块在比能量高于55Wh/kg的前提下,具有3C(300A)持续放电大于3min的能力。根据384V/100Ah电池组不同DOD条件下脉冲功率容量测试计算得知,该电池组可以充分满足燃料电池城市客车使用要求。

退火Cu-W薄膜组织结构与残余应力

以不同温度真空原位退火工艺为手段,促使制备在单晶Si(100)和Al2O3基底上的Cu-W薄膜发生相变。用X射线衍射(XRD)分析晶体取向,偏振相位移技术分析薄膜残余应力。结果表明,随退火温度变化,薄膜相变呈现连续变化,由初始的非晶态晶化,出现类W的亚稳态固溶体相,以及随退火温度的进一步增加,发生Spinodal分解,亚稳固溶体完全分解为W和Cu两相。薄膜发生相变时产生拉应力作用,而在晶粒生长阶段,拉应力释放。

化学镀镍法制备中空镍纤维

采用化学镀的方法制备中空镍纤维,通过对不同纤维进行筛选和优化,选取晴纶纤维作为化学镀镍的基体,纤维直径约10μm,长度3 mm左右。采用NaH2PO2为还原剂的碱性低温镀液体系在晴纶纤维表面镀镍,通过SEM,EDS和XRD分析了镀层表面形貌、结构和化学成分。研究发现,未经烧结的Ni/晴纶复合纤维镀层致密均匀,主要成分为低磷含量的Ni-P合金。将复合纤维先在空气中进行氧化烧结去除晴纶基体,发现烧结温度对去除有机基体得到中空镍纤维有较大影响。当烧结温度低于300℃时,有机基体去除不完全;当烧结温度为400℃时,基本没有有机基体残留,管壁致密;当温度为500℃时,得到的中空氧化镍纤维管壁有大量微孔,质脆易碎。将去除基体后的氧化物在氢气气氛下进行高温还原处理,得到中空镍纤维,组成为Ni和Ni3P,镍元素占93.83%(质量分数)。

低相变温度宽相变滞后的Cu-Al-Mn-Nb形状记忆合金

通过恰当的成分设计,获得了具有较低马氏体相变温度及较宽相变滞后的Cu-Al-Mn-Nb形状记忆合金。用差热分析法(DSC)测得Cu-26.8Al-4.8Mn-1.0Nb(摩尔分数,%)合金在降温时马氏体相变最激烈的温度为-32℃;升温时奥氏体相变最激烈时的温度为68℃;相变滞后宽度达100℃。透射电镜、扫描电镜及X射线衍射分析表明,该合金的马氏体为2H型结构,宽滞后效应是由于合金进行马氏体相变时析出了点状富铌颗粒从而松驰掉一部分弹性应变能而产生的。该合金在表面应变为4%时,弯曲变形试样的形状回复率达93%以上,在室温下时效2个月后,其形状回复率没有发生明显恶化。室温下其抗拉强度约为550MPa,屈服强度约为380MPa,塑性延伸率约为7%。

Ti-Zr系吸氢材料的研究

系统研究了Ti-x%Zr(质量分数)(x=25,30,35)合金吸氢前后的相结构及吸氢性能。XRD测试结果表明,所有合金均为HCP结构的单一固溶体,吸氢后生成相为面心立方的TiH2,其中Ti-30%Zr合金有少量面心立方的Ti2ZrH4生成,导致Ti-30%Zr合金吸氢量较理论值偏低。采用基于第一性原理计算方法和CALPHAD(calculation of phase diagrams)进行合金设计的方法,建立了Ti-Zr-H三元系热力学模型,通过模型预测到的PCT曲线和实验结果吻合较好,证明该热力学模型是可靠的。并通过热力学计算预测不同Ti/Zr比合金吸氢性能,得出Ti-33%Zr合金综合性能最佳。

钛催化氢化铝钠的贮氢性能

通过加入钛系、锆系催化剂以及碳等添加剂可以显著改善配位氢化物的吸放氢动力学性能，加入催化剂可以使配位氢化物的可逆贮氢量达3．1％～4．2％（质量分数）。采用机械合金化法在NaAlH4中加入钛的化合物作为催化剂，在很大程度上改进了其热力学和动力学性能，可逆吸氢量可达4．0％以上，可逆放氢量也能达3．0％以上。并对试样进行了X射线衍射、扫描电镜以及X射线光电子能谱分析，证明了可逆反应的发生，探讨反应的机理。

低温体系中铝电解用NiFe合金阳极的研究

采用粉末冶金法在3种温度下制备了60Ni40Fe,10Cu50Ni40Fe和65Cu25Ni10Fe3种合金,并分别作为惰性阳极在700℃钾冰晶石低温体系(CR=1.3)中进行5A级的实验室规模铝电解,电解电流密度为0.5A.cm-2,电解时间为8.0h。3种NiFe合金阳极体系电解过程相差明显,不含有Cu的60Ni40Fe合金阳极电解过程槽电压波动较大,原铝的纯度仅为91.23%;65Cu25Ni10Fe合金阳极电解过程中槽电压比较平稳,平均槽电压为3.422V,但是原铝中杂质Cu含量达到4.5%;10Cu50Ni40Fe合金阳极电解过程槽电压比较平稳,平均槽电压为3.829V,原铝的纯度可达99.74%,是3种合金中电解性能最优的阳极。采用XRD,SEM和EDS等手段分析合金阳极电解后表面组成、结构及形貌的变化情况。表明3种NiFe合金阳极表面氧化膜成分相差明显,60Ni40Fe和65Cu25Ni10Fe合金阳极表面分别生成了NiO和Ni0.8Cu0.2O,结构比较疏松。10Cu50Ni40Fe合金阳极表面氧化膜的元素扫描表明各元素为层状分布,在合金基体表面生成了比较致密的Ni1.25Fe1.85O4,Ni1.25Fe1.85O4对合金阳极具有很好的保护作用,抑制了熔盐及氧对合金基体的腐蚀。

热处理温度对Pd/K复合材料微观形貌和储氢性能的影响

采用XRD,SEM,P-C T等方法研究了热处理温度(873~1473 K)对含Pd 45.3%(质量分数)的载钯硅藻土(Pd/K)复合材料微观形貌和储氢性能的影响。结构及微观形貌分析表明:Pd/K复合材料由Pd和SiO2两相组成,且相组成不随热处理温度的升高而变化;1123 K以下温度热处理时,Pd/K复合材料中细小的钯颗粒分布于硅藻土颗粒表面和孔隙内,同时,复合材料具有高的比表面积和孔容。随着热处理温度的升高,钯颗粒聚集长大形成网状膜,导致复合材料比表面积和孔容降低。储氢性能分析表明:1123 K以下低温热处理的Pd/K材料饱和吸氢容量低、压力平台斜率大,升高热处理温度可显著降低其吸氢平台斜率,减小吸放氢压力滞后,增大储氢容量。