氩气驱动液态锂回路的总体设计及初步运行结果

为了研究等离子体与自由液态锂表面相互作用的物理过程,建立了用氩气驱动的液态锂回路装置。介绍了建立的液态锂回路装置的组成部分、技术参数及运行原理。此回路主要由主回路、等离子体与液态锂相互作用试验段和单阴极高密度等离子体发生装置三部分组成。目前,此回路已取得一些初步的模拟结果和实验结果。     

液态锂回路的研究及实验

在对国内外液态锂回路研究综述的基础上,重点介绍了四川大学流动液态锂回路的研究进展。为开展等离子体与流动自由液态锂表面相互作用的研究而设计了该回路,其目标是：(1) 获得稳定、均匀的流动自由液态锂表面;(2) 研究等离子体辐照下液态锂的蒸发、溅射以及氢、氢同位素和氦在液态锂中的滞留行为;(3) 研究等离子体辐照下液态锂与结构材料的相容性。系统包括液态锂循环部分和直线高密度等离子体发生装置。     

液态锂综合实验平台中液态锂流面与氩等离子体相互作用

介绍了由锂回路、直线等离子体装置及液态锂净化系统等组成的液态锂综合实验回路平台。研究了液态锂与高密度等离子体相互作用、液态锂与结构材料相容性、液态锂净化和液态锂回路热工水力学参数测量等问题。实验结果表明,流动液态锂的蒸发速率与放电电流、氩气流量及磁场强度呈正相关关系。由流动液态锂产生的锂蒸气在轴向分布不具规律性,在径向分布呈高斯分布。流动液态锂的蒸发速率随着实验时间的增长逐渐升高,并趋于稳定。磁场抑制了液态锂的流动性。在磁场和等离子体长时间的作用下,流动液态锂表面生成一层很薄的氧化锂。     

液态锂综合实验平台中液态锂流面与氩等离子体相互作用

介绍了由锂回路、直线等离子体装置及液态锂净化系统等组成的液态锂综合实验回路平台。研究了液态锂与高密度等离子体相互作用、液态锂与结构材料相容性、液态锂净化和液态锂回路热工水力学参数测量等问题。实验结果表明,流动液态锂的蒸发速率与放电电流、氩气流量及磁场强度呈正相关关系。由流动液态锂产生的锂蒸气在轴向分布不具规律性,在径向分布呈高斯分布。流动液态锂的蒸发速率随着实验时间的增长逐渐升高,并趋于稳定。磁场抑制了液态锂的流动性。在磁场和等离子体长时间的作用下,流动液态锂表面生成一层很薄的氧化锂。     

液态锂限制器的铺展性测试平台设计及初步实验

为研究液态锂在电磁驱动限制器表面的铺展特性,设计了与EAST限制器接口相同的限制器测试平台。该平台运行时真空环境可达10^-4Pa,对被测限制器可加热至350℃。在限制器锂回路管道上,利用外部2T水平磁场以及竖直方向施加的最大为200A的直流电流,形成电磁驱动力驱动下的锂液循环回路。测试平台设有顶部和正面两个观察窗,能够在可视化条件下,完成液态锂限制器的铺展性测试实验。基于该测试平台,对首次设计的双通路液态锂限制器,研究了不同实验温度和驱动电流下液态锂在限制器表面的流动铺展情况。结果发现,锂的流量和限制器表面结构是影响锂液铺展的主要因素。     

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为了研究等离子体与自由液态锂表面相互作用的物理过程,建立了用氩气驱动的液态锂回路装置。介绍了建立的液态锂回路装置的组成部分、技术参数及运行原理。此回路主要由主回路、等离子体与液态锂相互作用试验段和单阴极高密度等离子体发生装置三部分组成。目前,此回路已取得一些初步的模拟结果和实验结果。     

EAST装置锂化壁下低杂波等离子体温度行为研究

在EAST全超导托卡马克归一化半径r/a ≤qslant 0.6区域内部, 在高功率低混杂波电流驱动辅助加热下,以及第一壁锂化处理条件下, 在低混杂波注入中期观测到电子温度剖面和离子温度剖面变平的现象. 利用X射线弯曲晶体光谱仪诊断系统,并结合其他相关诊断系统研究了在第一壁锂化条件下, 以及EAST低杂波放电位形下,电子温度剖面和离子温度的剖面行为. 研究结果表明:电子温度剖面和离子温度剖面变平的现象是由于第一壁锂化处理技术对从等离子体边界流向第一壁的粒子流产生了影响,使得边界粒子再循环模式受到抑制, 这种低再循环模式的存在引起了温度剖面的变化.同时观察到离子温度和电子温度彼此接近的现象, 这是由于随着等离子体密度的增加,电子与离子之间的碰撞行为加剧所产生的结果.     

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在对国内外液态锂回路研究综述的基础上,重点介绍了四川大学流动液态锂回路的研究进展。为开展等离子体与流动自由液态锂表面相互作用的研究而设计了该回路,其目标是：(1)获得稳定、均匀的流动自由液态锂表面;(2)研究等离子体辐照下液态锂的蒸发、溅射以及氢、氢同位素和氦在液态锂中的滞留行为;(3)研究等离子体辐照下液态锂与结构材料的相容性。系统包括液态锂循环部分和直线高密度等离子体发生装置。     

流动液态锂回路的设计与初步实验研究

对流动的液态锂限制器回路平台的热力学及流动性进行了分析。通过ANSYS分析发现,限制器工作在350℃的温度下,通过真空室壁内侧添加的热屏蔽层及氦冷的应用,可以有效地控制真空室壁的温度在180℃以下。对注锂管法兰的温度分析发现,通过流速2.5m•s^-1的水冷设计,能够控制法兰刀口位置的温度在60℃左右。根据液态锂2m³.h^-1的流量设计要求,分别估算了液态锂回路中沿程阻力损失及局部阻力损失,综合回路中的锂流动盘与电磁泵之间的高度压差,计算出液态锂驱动所需的电磁泵压头为14.2m。根据流动液态锂实验回路的热力学及流动性分析,设计完成了液态锂回路并开展了流动液态锂实验。实验结果表明,系统温度控制合适,没有出现真空室或注锂法兰过热引起的泄漏。同时电磁泵能够克服阀门及管道的阻力等顺利的驱动液态锂流动形成闭合的循环回路。     

HT-7 װ�û�����������¶Ȳ�������������

在HT-7装置上采用红外热像仪测量了活动限制器的表面温度,显示了第一壁温度与等离子体水平位移、波加热参数的关系,一定程度上反映了等离子体与壁相互作用的程度。采用ANSYS计算了活动限制器表面大致的能流分布,其结果与方法可为EAST装置等第一壁温度的测量和能流的计算分析提供一定的参考。     

Electrochemical intercalation of lithium into graphitized carbons

The change of the carbon structure with electrochemical intercalation of lithium has been investigated by X-ray diffraction (XRD) method. Graphitized carbons showed the first and the second stage structures clearly during the intercalation process. However, the layer spacing corresponding to the 1st stage structure of graphitized carbon was smaller than that of graphite. This is because the first stage structure of graphitized carbon is the mixed structure of lithiated graphite crystallites and lithiated turbostratic disordered layers. The lithium is mainly intercalated into turbostratic disordered layers above 0.1 V versus Li/Li⁺, and intercalated into graphite crystallites rather than turbostratic disordered layers below 0.1 V versus Li/Li⁺.     

Li ion mobility in TeO2---LiO0.5---LiX (X = F, Cl) glasses determined by Li NMR and impedance spectroscopy

NMR and impedance spectroscopies have been used to study the Li⁺ ion mobility in the TeO₂---LiO_0.5---LiX (X = F, Cl) glasses. Activation energies determined from the temperature dependence of dc conductivity data decrease as the lithium or halogen content increases. Activation energies deduced from the analysis of the ac conductivity data in the complex modulus formalism and corresponding to the true one-particle energy barrier of ionic motion according to the coupling model, have been compared to those deduced from NMR data (T₁⁻¹ relaxation time): a good agreement is obtained. Finally, the influence of the glass composition and ion distribution on Li⁺ ion mobility has been discussed.     

Na+替位掺杂对Li2MnSiO4的电子结构以及Li+迁移过程的影响

在锂二次电池中, 硅酸锰锂作为正极材料得到广泛研究, 但其固有的电子和离子电导率较低, 直接影响着电池的功率密度和充放电速率. 本文建立了不同浓度的Na⁺离子替位掺杂Li⁺离子形成的Li_1-xNa_xMnSiO₄(x=0, 0.125, 0.25, 0.5)结构, 采用第一性原理的方法, 研究了掺杂前后硅酸锰锂的电子结构以及Li⁺离子的跃迁势垒. 发现在Li⁺位替代掺杂Na⁺, 导带底的能级向低能方向发生移动, 降低了Li₂MnSiO₄ 材料的禁带宽度, 有利于提升材料的电子导电性能. 随着掺杂浓度的升高, 禁带宽度逐渐变窄. CI-NEB结果表明, 在Li₂MnSiO₄体系中具有两条有效的Li⁺离子迁移通道, 掺杂Na⁺以后扩大了Li⁺ 离子在[100]晶向上的迁移通道, Li⁺离子的跃迁势垒由0.64 eV降低为0.48, 0.52和0.55 eV. 掺杂浓度为 x=0.125时, 离子迁移效果最佳. 研究表明Na⁺掺杂有利于提高Li₂MnSiO₄材料的离子和电子电导率.     

可见光谱分析在HT-7边界再循环研究中的应用

HT-7超导托卡马克致力于准稳态放电及相关物理的研究。目前HT-7成功获得了长脉冲运行达近64 s的高温等离子体。大量实验证明,器壁上气体再循环对托卡马克等离子体的品质十分重要。采用光学多道分析仪(OSMA)系统通过氢氘比的测量来研究边界粒子的再循环。放电过程中,边界再循环对粒子的平衡起主导地位。在放电平稳,密度可控阶段,氘(氢)再循环起主导作用,此时再循环系数R≤1;而放电的后期随着边界温度的升高,辐射总功率的加强,密度进而处于不可控状态,此时R＞1, 杂质再循环也逐渐趋于主导地位,这是引起等离子体破裂的原因之一。利用此方法还可以进一步研究壁条件对边界再循环的影响。     

Cu,Fe掺杂LiNbO_3晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理对Cu,Fe单掺及共掺LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质进行了计算.结果显示:Cu,Fe单掺杂LiNbO_3晶体禁带内均产生了杂质能级,主要由Cu3d,Fe3d轨道及O 2p轨道贡献;共掺LiNbO_3晶体禁带内出现了双能级结构,深能级由Cu3d和O2p轨道贡献,浅能级由Fe3d和O2p轨道贡献.Cu,Fe单掺和共掺LiNbO_3晶体带隙依次缩小,在可见光区的光吸收明显增强.共掺LiNbO_3在445和630nm左右分别表现出一个宽吸收峰,比单掺LiNbO_3晶体表现出更好的光吸收性质.研究表明,Fe占Nb位比Fe占Li位的双掺样品在双光存储应用中更有优势;同时,浓度比[Fe2+]/[Fe3+]值的适当降低有助于这种优势的形成.     

Features of the electrochemical lithium insertion into monophosphate tungsten bronzes (PO2)4(WO3)2m (m=9 and 10)

Electrochemical lithium insertion into (PO₂)₄(WO₃)_2m, where m=9 and 10, has allowed the determination of several phases Li_x(PO₂)₄(WO₃)_2m between 3.4 and 0.01 V vs Li⁺/Li⁰. After the first cycle the electrochemical system was unable to maintain the high specific capacity of the cells (540 Ah/kg) due to irreversible processes. Nevertheless at high voltage values, above 1.4 V vs Li⁺/Li⁰, the lithium insertion proceeded through a reversible mechanism. By means of X-ray diffraction experiments we have detected the nature of different phases Li_x(PO₂)₄(WO₃)_2m formed and we have established a correlation with the reversible/irreversible processes detected during the electrochemical insertion.     

Optically in accessible core excited states of Li and Na

The first observations of a number of optically inaccessible core-excited autoionizing states of lithium and sodium have been made. For example, the (1s2s²)²S and (1s2p²)²D states of Li have excitation energies of 56.31±0.03 and 61.04±0.03 eV, respectively.     

Liquid-phase synthesis of Li2S and Li3PS4 with lithium-based organic solutions

Sulfide solid electrolytes are widely regarded as one of the most promising technical routes to realize all-solid-state batteries (ASSBs) due to their high ionic conductivity and favorable deformability. However, the relatively high price of the crucial starting material, Li₂S, results in high costs of sulfide solid electrolytes, limiting their practical application in ASSBs. To solve this problem, we develop a new synthesis route of Li₂S via liquid-phase synthesis method, employing lithium and biphenyl in 1, 2-dimethoxyethane (DME) ether solvent to form a lithium solution as the lithium precursor. Because of the comparatively strong reducibility of the lithium solution, its reaction with sulfur proceeds effectively even at room temperature. This new synthesis route of Li₂S starts with cheap precursors of lithium, sulfur, biphenyl and DME solvent, and the only remaining byproduct (DME solution of biphenyl) after the collection of Li₂S product can be recycled and reused. Besides, the reaction can proceed effectively at room temperature with mild condition, reducing energy cost to a great extent. The as-synthesized Li₂S owns uniform and extremely small particle size, proved to be feasible in synthesizing sulfide solid electrolytes (such as the solid-state synthesis of Li₆PS₅Cl). Spontaneously, this lithium solution can be directly employed in the synthesis of Li₃PS₄ solid electrolytes via liquid-phase synthesis method, in which the centrifugation and heat treatment processes of Li₂S are not necessary, providing simplified production process. The as-synthesized Li₃PS₄ exhibits typical Li⁺ conductivity of 1.85×10^-4 S·cm^-1 at 30 ℃.     

Studies of lithium intercalation in 3R-WS2

The lithium intercalation into the layered dichalcogenide 3R-WS₂ has been investigated by electrochemical reduction and by chemical reaction in n-butyl lithium solution. Essential results are (a) a charge transfer of nearly 0.6e⁻/W in Li_xWS₂, (b) a small increase of the c-axis parameter of about 0.6%, and (c) a high mobility of the Li⁺-ions. The chemical diffusion coefficient of Li⁺-ions is estimated to be 8 × 10⁻⁹ cm² s⁻¹ in the composition range 0 ≤ x ≤ 0.25. The appearance of a structural transformation from 3R-WS₂ to 2H-Li_xWS₂ is interpreted on grounds of instabilities in the interlayer structure.