用于燃料电池双极板的不锈钢成分优化

摘要:利用团簇式方法,通过对Fe-Cr-Ni合金进行成分精修,在保持合金良好耐蚀性的同时,提升不锈钢的导电性。首先,解析316L不锈钢的成分,获得其Fe-Cr-Ni 基础成分的理想团簇式[Ni-Fe11Ni1]Cr3,进而,固定Cr3,将Ni含量(质量分数)从6.63%变到32.74%,得到符合团簇成分通式[Ni-Fe13-xNix-1]Cr3 = Fe13-xNixCr3 (x = 1~5)的合金成分。利用真空电弧熔炼并铜模浇注成直径10 mm试棒,随后进行固溶及水淬处理。实验结果表明,在模拟双极板服役环境(0.5 mol/L H2SO4+2×10-6 HF)下,随着Ni 含量提高,在酸钝化后,自腐蚀电流密度由14.39μA/cm2降低至1.10μA/cm2,在电化学氮化后,由1.03μA/cm2降低至0.29μA/cm2。这些数据均优于参照合金316L不锈钢(分别为7.51和0.47μA/cm2),甚至低于0.5μA/cm2的目前产业目标。在0.064 MPa压力下接触电阻逐渐减小(酸钝化后,从1.16Ω·cm2减至0.98Ω·cm2,电化学氮化后,从1.07Ω·cm2减至1.03Ω·cm2),优于316L不锈钢的1.1Ω·cm2。上述实验结果表明,Ni含量的持续添加能够提升合金作为双极板的使役性能,最佳的不锈钢成分配方为[Ni-Fe10Ni2]Cr3,可以作为替代316L的新型不锈钢。电化学氮化处理方法在提升合金耐蚀性的同时,保持了相当高的接触电阻,是较好的不锈钢双极板表面处理方法。

数据驱动储能电池新材料的筛选和设计

摘要:数据驱动新材料产业发展是第四研究范式促进材料创新, 加快材料应用的多学科多领域交叉融合的技术热点。机器学习(machine learning, ML)作为一种重要的数据驱动方法, 其结合第一性原理计算在材料科学、化学、物理学和计算机等跨学科领域展现出巨大的优势, 为储能电池新材料的快速发展带来了新的机遇。为帮助研究人员了解这一新兴领域, 本文系统地详述了高通量计算筛选和ML在储能电池材料研究中的最新进展, 概括和总结了目前国内外应用较为广泛的在线材料数据库, 举例介绍了新数据库的多层次构建, 分析了目前数据采集方面的一些难点。论文进一步介绍了ML方法在高通量计算筛选、材料性质预测、材料结构与电化学性能构效关系研究和材料设计方面的应用实例, 最后分析讨论了当前ML在储能电池领域面临的一些挑战, 并展望了该领域的前沿研究。

连续碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料在先进核能领域的发展研究

摘要:先进核能系统的发展对核材料在多场耦合极端环境中的服役稳定性提出了更高要求。连续碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料具有低密度、高温力学性能优异、抗腐蚀、耐辐照等优点,且在外力作用下呈现“假塑性”断裂行为,被视为先进核能系统中极具应用前景的新型结构材料。本文首先从材料级、构件级、服役性能三个层面系统总结了核用SiCf/SiC复合材料的基础研究体系,分析了美国、法国、日本等传统核电强国,其他新兴核电国家和我国在核用SiCf/SiC复合材料领域的发展趋势,梳理了我国核用SiCf/SiC复合材料在原材料、数据积累和专利标准等方面存在的问题与发展面临的挑战,针对性地提出了相关措施与建议,包括加强材料制备技术研发、发展研发新范式、强化“产学研用”合作关系、在坚持以我为主的基础上加强国际交流等,以期为我国核用SiCf/SiC复合材料领域的研究方向及决策制定提供参考。

“双碳”目标下我国新能源行业关键金属供应分析

摘要:风电、光伏发电等新能源行业是支撑实现“双碳”目标的关键领域,我国风电、光伏发电的装机规模居世界首位,保障关键金属材料供应、进行更精准的新兴固废管理具有重要意义。本文基于我国风电、光伏发电行业的历史数据和规划目标,设定了不同的发展情景;应用风电、光伏发电设备的寿命分布模型,评估了我国新能源行业关键金属的需求、废弃和供应情况;重点识别了银、铜、镓、银、钢铁、钕等金属的供应压力,为2060年前构建绿色低碳能源发展格局提供了基础支撑。在基准情景下,2035年的风电、光伏发电行业退役量分别为4.6 GW、28.3 GW;2035年、2060年的风电、光伏发电设备退役量(按质量计)分别为2.54×106 t、1.048×107 t。从我国新能源行业的关键金属供应压力来看,2030—2060 年,钢铁为低风险(≤5%),钕为中高风险(25%~50%),铜、银为高风险(50%~100%),镓、铟因需求峰值过高而被列为极度危险等级。改善新能源产业供应链的安全性和多样性,既需要确保金属矿产资源的可持续供应,也需要开展回收循环和高效利用;为此建议将风电、光伏发电退役设备按照废弃电器电子产品进行管理,将风电、光伏发电企业纳入《固定污染源排污许可分类管理名录》,加快完善分布式新能源固废回收体系,切实提高新兴固废回收技术水平。

激光加工在汽轮机叶片中的应用现状

摘要:利用激光作为热源的多种加工方法均能获得与传统加工方法相当的加工效果,如果充分利用激光高能量密度的特性,还能取得更高的精度、更佳的性能,并且可以解决传统加工方法无法解决的工程难题。简要介绍了激光加工的基础并回顾了激光加工技术在汽轮机制造中叶片制造、表面改性、叶片修复等典型应用,论述了目前的应用状态,展望了未来面临的挑战。

热基锌铝镁镀层材料在光伏支架领域的应用

摘要:锌铝镁镀层钢板产品是在传统热镀纯锌镀层产品的基础上,在镀液中添加适量的Al、Mg以及其他微量合金元素得到的合金镀层产品。因其具有良好的耐腐蚀、耐磨损、切口自愈能力和低摩擦因数等特性,在众多领域具有巨大应用前景。本文从光伏支架中钢材的使用现状出发,对热基锌铝镁材料的发展和应用现状进行综述,分析了热基锌铝镁材料在光伏支架中应用的优势和的可行性,发现热基锌铝镁材料直接采用酸洗后的热轧板为原料,可生产规格更厚的产品,更好地满足光伏行业的需求。

热基锌铝镁镀层材料在光伏支架领域的应用

摘要:锌铝镁镀层钢板产品是在传统热镀纯锌镀层产品的基础上,在镀液中添加适量的Al、Mg以及其他微量合金元素得到的合金镀层产品。因其具有良好的耐腐蚀、耐磨损、切口自愈能力和低摩擦因数等特性,在众多领域具有巨大应用前景。本文从光伏支架中钢材的使用现状出发,对热基锌铝镁材料的发展和应用现状进行综述,分析了热基锌铝镁材料在光伏支架中应用的优势和的可行性,发现热基锌铝镁材料直接采用酸洗后的热轧板为原料,可生产规格更厚的产品,更好地满足光伏行业的需求。

钛基材料用于锂硫电池正极改性研究进展

摘要:锂硫电池因其高比容量、高能量密度和低成本等特点已被视为超越锂离子电池的下一代可充电电池。由于反应产物可溶性多硫化物的穿梭效应和循环中硫电极的体积膨胀导致电池的循环寿命较差。为了解决锂硫电池中存在的问题,研究人员开发了多种纳米结构的金属材料。总结了利用钛元素和钛基化合物(包括钛基氧化物、钛基硫化物和钛基氮化物)与硫的反应形成牢固化学键,通过金属基复合材料的结构设计来提升锂硫电池的综合性能。

国产MSR翅片管的试制与性能

摘要:针对汽水分离再热器(MSR)用TP439翅片管完全依赖进口的现状,利用国内厂商条件开展了国产化研制工作。目的在于,利用国产及进口原料带材分别试制出TP439翅片管,并与进口产品比较,说明国产翅片管的性能水平。采用激光焊,焊缝成型及组织都得到优化。研究了439合金带材在加工成翅片管过程中的拉伸性能变化,对比了国产及进口带材的化学成分,并比较了利用国产及进口带材试制的翅片管的力学性能。细晶强化是国产带材强度较高的主要原因,而翅片管制造过程中的热处理产生的碳化物的析出导致进口翅片管的屈服强度及抗拉强度较高。国产翅片管的翅片形状与进口产品水平基本相同,但较低的屈服强度体现出国产翅片管的抗应力腐蚀开裂能力更强。

磷酸铁锂正极材料的研究现状

摘要:磷酸铁锂正极材料具有比容量大、安全性高、性价比高以及循环寿命长等优点,被认为是最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。论述了橄榄石型磷酸铁锂的晶体结构特征以及充放电反应机制,综述了近年来采用葡萄糖、活性碳和石墨烯等不同的碳源进行碳包覆, 硫离子、镁离子、镍离子、氟离子、钒离子、钠离子和银离子等不同金属离子和非金属离子进行离子掺杂以及蒸发诱导自组装法、碳热还原法和喷雾干燥法等不同合成方法进行材料纳米化等改性方式对锂离子电池磷酸铁锂正极材料的影响。最后简要分析了目前改性方法仍存在的问题,并对其前景进行了展望。