多孔金属有机框架材料作为锂金属负极保护层助力长寿命锂氧气电池

在众多能源储存系统中,锂氧气电池以其高达3500 Wh·kg^-1的理论能量密度有望在性能上超越商用锂离子电池.然而,在电池充放电过程中,金属锂不可控的枝晶生长和严重的腐蚀问题极大地阻碍了锂氧气电池的发展.为了解决以上问题,制备了一种具有高比表面积、丰富孔道结构的金属有机框架材料（MOF-801）,并将其设计成金属锂负极的保护层应用在锂氧气电池中.在本工作中,成功合成了具有高达762.9 m²·g^-1比表面积,边长约为800 nm的立方体状纯净MOF-801材料.并且这种材料表现出对于有机电解液体系（四乙二醇二甲醚1 mol·L^-1三氟甲基磺酸锂）和强还原性的金属锂都具有很好的稳定性.得益于该材料丰富的孔道结构以及高比表面积,锂离子得以更均匀地分布在电极表面促进金属锂均匀沉积,有效避免了由于枝晶刺破隔膜而导致的短路甚至火灾事故.此外,MOF-801保护层本身的阻隔作用和材料捕捉水的特性可以帮助减少污染物质（水、氧气、强氧化性物质等）的穿梭效应带来的副反应,缓解锂氧气电池中金属锂负极的腐蚀情况.因此,将经过保护的金属锂组装成的对称电池进行测试,循环寿命长达800 h,同时充/放电过电势仅为0.023 V（未经保护的电池寿命仅为254 h,最终充/放电过电势高达5 V）,且循环阻抗大大降低,证明了这种策略有效地稳定了金属锂/电解液界面.将经过MOF材料保护的电极实际应用在锂氧气电池中,在限容量1000 mAh·g^-1,限电流500 mA·g^-1条件下,可以实现长达170圈的稳定长寿命的循环（是未经保护的电池寿命的2.88倍）.使用MOF-801保护层的锂氧气电池还表现出了高达8935 mAh·g^-1的高比容量.因此,本工作所报道的保护层策略为未来的碱金属空气电池负极保护领域提供了新颖的视角.     

MOFs-多孔碳的制备及吸附性能研究

本文以均苯三酸和二水合醋酸锌为原料,分别用咪唑和2-甲基苯并咪唑作为为第二配体,在50℃条件下合成了两种金属有机框架结构MOFs-Im和MOFs-Me。氮气氛围中900℃煅烧得到多孔碳材料MOFs-Im-C和MOFs-Me-C。利用红外光谱仪、荧光光谱仪、同步热分析仪对配合物的结构、发光性以及热稳定性进行了表征;对煅烧后样品采用场发射扫描电子显微镜、比表面及孔径分析仪等进行表征,并通过对亚甲基蓝和罗丹明B的脱除来测试其吸附性能。结果表明,煅烧后生成的MOFs-Im-C多孔碳材料对亚甲基蓝的吸附率在120 nim时几乎达到100%,说明该多孔碳材料对亚甲基蓝具有较好的吸附性能。     

自支撑硫镍基电极材料制备及其赝电容性能

硫镍基赝电容超级电容器具有较高的比电容和功率密度等优点,是下一代理想的储能装置之一,但其实际应用受到其活性材料的制约,如导电性低和循环性能差等。研究者围绕增强硫镍基赝电容电极材料导电性和提升循环稳定性进行了大量的研究工作。其中,构建自支撑的电极材料被认为是一种降低活性材料和集流体之间界面电阻的有效方法。本文综述了制备自支撑硫镍基赝电容电极的常见方法,并就活性材料的形貌与性能关系进行了总结,主要着眼于集流体改性、离子掺杂、复合材料构建及形貌调控优化等。最后对自支撑硫镍基赝电容电极材料的研究方向进行了展望。     

基于钴酸锂载体构筑高体积比容量硫基复合材料

锂-硫电池具有高的理论质量/体积能量密度,因而成为最具发展潜力的高比能二次电池体系. 然而,由于硫载体通常采用轻质的碳纳米材料,导致硫基复合材料的振实密度和体积比容量均偏低,制约了电池体积能量密度的提升. 本文尝试采用具有高密度特征的钴酸锂(LiCoO₂)作为硫的载体材料,以构筑高振实密度的硫基复合材料,进而提高硫正极的体积比容量. 研究显示,LiCoO₂对可溶性多硫化物具有较强的吸附作用,能够促进硫的电化学转化,因而提高了硫的活性物质利用率和循环稳定性. 同时,由于具有高的振实密度(1.90 g·cm^-3),S/LiCoO₂复合材料的首周体积比容量高达1750.5 mAh·cm^-3,是常规硫/碳复合材料的2.2倍. 因此,本文利用具有高密度特征的LiCoO₂作为硫载体来提升硫复合材料的体积比容量,有助于实现锂-硫电池的高体积能量密度.     

飞机槽型大开口结构刚度加强研究

为了飞机典型的方舱型机身大开口结构能够满足刚度设计要求,设计了一种对槽型大开口结构增加4个边梁进行刚度加强的设计方案,并构建了工程分析模型,与无开口槽型结构的弯曲刚度及扭转刚度进行了对比研究,得到了两种构型的刚度比,进一步得到了满足一定刚度指标下的边梁面积计算公式,提出了方舱型机身大开口结构刚度设计流程,可以用于方案阶段的飞机大开口结构加强设计。     

高韧性合金钢断裂韧性及疲劳裂纹扩展门槛值的联合试验方法

在柴油机曲轴、连杆等关键零部件的可靠性设计和失效评估中,断裂韧性及疲劳裂纹扩展门槛值分别是衡量材料抵抗裂纹失稳扩展和裂纹开始扩展的重要指标．但是,对于高韧性合金材料,难以通过常规试验所推荐的厚度确定平面应变断裂韧性,而门槛值的测定通常不但非常耗时,且难以直接应用于不同循环特性的实际结构．本文针对高韧性合金钢34CrNi3MoA,提出一种将断裂韧性和疲劳裂纹扩展门槛值试验合二为一的试验方法,即用同一个试件可以同时测定门槛值和断裂韧性．利用断裂韧性关于试件厚度的渐近特性,以几种较薄试件的试验,确定平面应变状态下的断裂韧性．试验结果还表明,裂纹扩展门槛值的试件厚度依存性可以忽略,并给出了任意循环特性（应力比）下的门槛值计算公式．     

一种模拟动边界绕流的锐利界面浸入边界法

When the structural wall moves over a fixed grid, the structure coverage will change, resulting in many dead and emerging elements. To avoid the influence of malformation and reconstruction of body-fitted grids on the calculation efficiency and accuracy of the fluid-structure interaction problems with coupled boundary movement on the fixed grid, an improved numerical method for describing the interaction between an immersed rigid body and fluid based on a sharp-interface is proposed. In this method, both the fluid and solid are regarded as pure fluid domains in the whole computational domain, and the solid boundary is divided into several Lagrangian grid points. The flow parameter or velocity is reconstructed by interpolation at the interface element, which is then directly used as the boundary condition of the flow field, thus reflecting the influence of the wall boundary conditions. The method constructs the calculation structure of “virtual point, force point and vertical foot point”, and the velocity of the virtual point is obtained by bilinear interpolation. Then, the velocity of the force point is calculated by forcing the solid boundary to meet the no-slip condition, and the equations of the coupling system based on the immersion boundary method are finally solved to realize the numerical simulation of the flow with a complex moving boundary. The numerical program for this immersed boundary method is established using C++, then the accuracy and reliability of the proposed method are validated by comparison with the literature and experimental results of the basic numerical example of flow around a cylinder. Furthermore, the effects of the structural shape and the angle of attack on the trailing vortex structure, the vortex shedding frequency, and the lift/ coefficient characteristics of the flow around the elliptical cylinder have been analyzed. The anti-symmetric S-type, “P+S” Ⅰ-type and “P+S” Ⅱ-type trailing vortex shedding modes, as well as the variation laws of the vortex structure size, vortex shedding frequency and lift-drag coefficients ratio with axis ratio and angle of attack, are captured. The critical angle of attack (25°) corresponding to the maximum lift-drag ratio is determined as 25°.     

火灾与撞击联合作用下钢管混凝土柱力学性能研究

为研究火灾高温与撞击联合作用下钢管混凝土柱的力学性能,基于ABAQUS建立了高温作用下考虑轴力影响的钢管混凝土柱侧向撞击有限元模型。首先,对高温与撞击联合作用下考虑轴力影响的钢管混凝土柱的破坏模式与受力全过程进行了分析,探讨了高温下钢管混凝土柱的抗撞性能与工作机理;其次,重点研究了受火时间、材料强度、含钢率以及撞击能量对抗撞性能的影响,并给出了相关设计建议。研究结果表明:高温与撞击联合作用下,钢管混凝土柱主要发生受弯破坏;受火15 min后,构件抗撞性能明显降低。轴压力对构件抗撞性能产生不利影响,轴压比从0增加到0.2,受火60 min构件抗撞性能下降了7.8%;混凝土强度对高温下钢管混凝土柱抗撞性能有显著影响,受火90 min后,混凝土强度由30 MPa增加到50 MPa,构件抗撞性能提高约85%;外钢管强度与含钢率对高温下抗撞性能影响不大。     

碳纳米管电极上原位沉积Pt纳米颗粒

 本文利用原位离子交换法制备了碳纳米管(CNTs)载铂(Pt/CNTs)电极. X射线光电子能谱分析表明, Pt通过离子交换载于电化学功能化的CNTs表面. 扫描电镜照片显示, Pt高度分散于CNTs表面. X射线衍射分析表明, Pt的粒径约为4.0 nm. 离子交换法所制Pt/CNTs电极的电化学表面积和Pt的利用率均大于传统Pt/CNTs电极(Pt粒径约为2.5 nm), 其对氧还原的催化活性高于传统电极. 这归因于离子交换法所制电极的特殊结构,即Pt普遍载于电化学活性位上.     

啤酒发酵储罐间氧气探测报警器的作用及其检定

简要介绍便携式与固定式氧气探测报警器的区别及其在啤酒发酵储罐间的应用,列出了氧气探测报警器检定的主要技术指标。