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High-safety and high-voltage lithium metal batteries enabled by nonflammable diluted highly concentrated electrolyte

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Nano Research 2024年第4期17卷 2638-2645页

作者： Han Zhang Ziqi Zeng Shuping Wang yuanke wu Changhao Li Mengchuang Liu Xinlan Wang Shijie Cheng Jia Xie State Key Laboratory of Materials Processing and Die&Mould Technology School of Materials Science and EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology School of Electrical and Electronic EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China State Grid Anhui Electric Power Research Institute Anhui Province Key Laboratory of Electric Fire and Safety Protection(State Grid Laboratory of Fire Protection for Transmission and Distribution Facilities)Hefei 230601China School of Chemistry and Chemical Engineering Huazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

Lithium metal batteries(LMBs)show great promise for achieving energy densities over 400 Wh·kg^(-1).However,highly flammable organic electrolytes are a long-lasting problem that triggers safety hazards and hinders the commercial application of ***,a nonflammable diluted highly concentrated electrolyte(DHCE)with ethoxy(pentafluoro)cyclotriphosphazene(PFPN)as a diluent is developed to simultaneously achieve high safety and cycling stability of high-voltage *** optimal DHCE not only ensures reversible Li deposition/dissolution behavior with a superior average Coulombic efficiency(CE)over 99.1%on lithium metal anode(LMA),but also suppresses side reactions and stress crack on the LiCoO_(2)(LCO)under high cut-off *** newly developed DHCE exhibits high thermal stability,showing complete nonflammability and reduced heat generation between the electrolyte and delithiated LCO/cycled *** work offers an opportunity for rational designing nonflammable electrolytes toward high-voltage and safe LMBs.

关键词： lithium metal batteries thermal stability nonflammable electrolyte high-voltage phosphazene

“In-N-out” design enabling high-content triethyl phosphate-based non-flammable and high-conductivity electrolytes for lithium-ion batteries

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Science China Chemistry 2024年第2期67卷 724-731页

作者： Mengchuang Liu Fenfen Ma Zicheng Ge Ziqi Zeng Qiang wu Hui Yan yuanke wu Sheng Lei Yanli Zhu Shijie Cheng Jia Xie State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology School of Electrical and Electronic EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan430074China School of Chemistry and Chemical Engineering Huazhong University of Science and TechnologyWuhan430074China GuSu Laboratory of Materials Suzhou215123China Institute of Metal Research Chinese Academy of SciencesShenyang110000China State Key Laboratory of Explosion Science and Technology Beijing Institute of TechnologyBeijing100081China

Safety issues related to flammable electrolytes in lithium-ion batteries(LIBs) remain a major challenge for their extended *** use of non-flammable phosphate-based electrolytes has proved the validity in inhibiting the combustion of ***,the strong interaction between Li^(+) and phosphate leads to a dominant solid electrolyte interphase(SEI) with limited electronic shielding,resulting in the poor Li^(+) intercalation at the graphite(Gr) anode when using high-phosphate-content *** mitigate this issue and improve Li^(+) insertion,we propose an “In-N-Out” strategy to render phosphates “noncoordinative”.By employing a combination of strongly polar solvents for a “block effect” and weakly polar solvents for a “drag effect”,we reduce the Li^(+)–phosphate *** a result,phosphates remain in the electrolyte phase(“In”),minimizing their impact on the incompatibility with the Gr electrode(“Out”).We have developed a non-flammable electrolyte with high triethyl phosphate(TEP) content(>60 wt.%),demonstrating the excellent ion conductivity(5.94 mS cm^(-1) at 30 ℃) and reversible Li^(+) intercalation at a standard concentration(~1 mol L^(-1)).This approach enables the manipulation of multiple electrolyte functions and holds the promise for the development of safe electrochemical energy storage systems using non-flammable electrolytes.

关键词： lithium-ion batteries graphite anode high-phosphate-content electrolytes non-flammable electrolyte excellent ion conductivity standard concentration

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激光清洗高强焊丝表面的工艺参数优化研究

电焊机 2025年第2期55卷 58-69页

作者：王冰徐海军程战关常勇吴元科龙伟民钟素娟中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司浙江宁波315700 山东索力得焊材股份有限公司山东肥城271600 中铁工程装备集团有限公司河南郑州450047 中国机械总院集团郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室河南郑州450001

由于传统清洗技术处理高强度焊丝存在工作量大、污染严重等无法避免的问题,采用激光清洗技术对高强度焊丝表面进行清洁处理。研究了激光清洗次数、激光功率和扫描速度对清洗效果清洁率,表面粗糙度以及元素分布的影响。研究结果表明,当... 详细信息

由于传统清洗技术处理高强度焊丝存在工作量大、污染严重等无法避免的问题,采用激光清洗技术对高强度焊丝表面进行清洁处理。研究了激光清洗次数、激光功率和扫描速度对清洗效果清洁率,表面粗糙度以及元素分布的影响。研究结果表明,当激光清洗次数N=6时,焊丝表面存在未清洗掉的锈蚀层;N=10时,锈蚀层基本清除干净,但热输入量过大,基材在激光作用下产生了氧化烧蚀,使得表面呈现浅褐色;N=8时,锈蚀层基本清除,且表面呈现亮白色金属光泽。表面粗糙度受到扫描速度和激光功率的影响,粗糙度的大小与激光功率成正比,与扫描速度成反比,当激光功率P=12 W时,扫描速度v=1200 mm/s时,其粗糙度最小,Ra=2.07;当激光功率P=20 W,扫描速度v=800 mm/s时,其粗糙度最大,Ra=6.64。通过对比激光清洗前后氧元素的含量,可以得到当激光功率P=16 W,扫描速度v=1200 mm/s,其氧含量最低为3.9 wt.%,相比于清洗前降低了84.08%。综合除锈率,粗糙度以及元素含量这三个指标,选取激光清洗次数N=8,激光功率P=16 W,扫描速度v=1200 mm/s;作为最优工艺参数,在该工艺参数下,除锈率为95.8%;表面粗糙度Ra=2.52,氧元素含量3.9 wt.%。

关键词：激光清洗焊丝粗糙度除锈率

高速列车制动摩擦块切入端特征对制动界面特性的影响

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中国机械工程 2021年第4期32卷 412-419页

作者：唐斌范志勇项载毓吴元科黄博莫继良西南交通大学机械工程学院成都610031 轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室成都610031

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对四种不同安装方向下的三角形摩擦块进行拖曳制动试验,研究了摩擦块的切入端特征对制动界面特性的影响,并采用有限元方法分析不同摩擦切入端特征下摩擦块的接触压力分布特点,探讨了摩擦块表面接... 详细信息

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对四种不同安装方向下的三角形摩擦块进行拖曳制动试验,研究了摩擦块的切入端特征对制动界面特性的影响,并采用有限元方法分析不同摩擦切入端特征下摩擦块的接触压力分布特点,探讨了摩擦块表面接触压力分布与其表面热分布、振动噪声特性的内在关联。结果表明:在摩擦制动过程中,摩擦块的切入端存在应力集中现象,尤其是当摩擦切入端是一个角的两条边时,摩擦切入端的角附近区域应力集中更为明显,从而引起制动系统产生高强度的振动噪声并导致摩擦块表面局部高温现象。

关键词：制动系统磨损热分布振动噪声接触压力

基于接触压力分布和非均匀热流密度的列车制动盘热机耦合分析

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机械工程学报 2023年第3期59卷 165-175页

作者：张庆贺卢纯吴元科赵婧莫继良西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室成都610031

针对铁路列车制动闸片摩擦块排布方式对制动盘热机耦合响应状态影响显著的问题,提出了一种考虑接触压力分布和非均匀热流密度的热机耦合仿真分析方法。通过在轨道车辆制动性能试验台上进行的制动台架试验,从温度的角度验证了所提方法的... 详细信息

针对铁路列车制动闸片摩擦块排布方式对制动盘热机耦合响应状态影响显著的问题,提出了一种考虑接触压力分布和非均匀热流密度的热机耦合仿真分析方法。通过在轨道车辆制动性能试验台上进行的制动台架试验,从温度的角度验证了所提方法的正确性。在此基础上,建立了列车全尺寸盘型制动系统有限元仿真分析模型,对现有铁路列车制动闸片摩擦块的排布方式进行了优化分析。结果表明,合理的制动闸片摩擦块排布方式可以显著降低制动盘面的温度和应力峰值,在改善制动盘面温度和应力分布的同时,提供较为优异的制动性能。研究成果可为铁路列车盘型制动系统热机耦合分析提供一种快速有效的仿真分析方法,同时可为铁路列车制动闸片摩擦块的排布优化提供指导方向。

关键词：制动盘摩擦块排布接触压力分布热机耦合响应非均匀热流密度

高速列车制动闸片摩擦块形状对制动界面摩擦学行为的影响

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摩擦学学报 2021年第1期41卷 95-104页

作者：项载毓范志勇刘启昂吴元科莫继良周仲荣西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所岡川成都610031 轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室四川成都610031

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对六边形、五边形和圆形摩擦块进行拖曳制动试验,研究摩擦块形状对高速列车制动界面摩擦学行为的影响,并采用有限元方法分析了不同摩擦块形状下制动界面接触行为的差异,探讨了摩擦块形状对接触压... 详细信息

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对六边形、五边形和圆形摩擦块进行拖曳制动试验,研究摩擦块形状对高速列车制动界面摩擦学行为的影响,并采用有限元方法分析了不同摩擦块形状下制动界面接触行为的差异,探讨了摩擦块形状对接触压力分布及表面热分布的影响.结果表明:摩擦块形状显著影响了制动界面磨损特性及接触压力分布,使得制动盘产生不同的温度分布现象.在本试验条件下,六边形摩擦块表面磨损轻微,接触平台大小较为均匀,而五边形和圆形摩擦块表面呈现明显的犁沟和剥落特征,且大接触平台占比较高;六边形摩擦块与制动盘拖曳制动过程,界面具有较大的接触面积,使得接触压力分布较为均匀,表现出较好的接触行为,而五边形和圆形摩擦块的接触行为相对较为复杂,与之对摩的制动盘产生明显的热聚集现象.

关键词：高速列车摩擦块磨损图像分割热—机耦合

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时变接触特性表面对界面摩擦学行为的影响

摩擦学学报 2022年第1期42卷 104-112页

作者：王安宇吴元科项载毓孙瑞雪莫继良西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所四川成都610031 轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室四川成都610031

通过在锻钢基材表面沟槽中分别填充灰铸铁HT300、Mn-Cu合金和Mn-Cu阻尼合金材料获得具有时变接触特性的表面,并对锻钢光滑表面试样和时变接触特性表面进行摩擦学试验,研究不同时变接触特性表面对界面摩擦学行为(摩擦噪声、摩擦振动以及... 详细信息

通过在锻钢基材表面沟槽中分别填充灰铸铁HT300、Mn-Cu合金和Mn-Cu阻尼合金材料获得具有时变接触特性的表面,并对锻钢光滑表面试样和时变接触特性表面进行摩擦学试验,研究不同时变接触特性表面对界面摩擦学行为(摩擦噪声、摩擦振动以及磨损行为)的影响.结果表明:填充HT300的时变接触特性表面缓解了界面磨损,有效延续摩擦系统的稳定状态,抑制摩擦振动和噪声的产生;相反,填充Mn-Cu合金和填充Mn-Cu阻尼合金的时变接触特性表面加剧了界面磨损,加速了摩擦系统不稳定状态的出现,进而激发出高强度的摩擦振动和噪声.在本研究中,摩擦系统失稳引起摩擦振动和噪声主要归因于摩擦磨损过程中黏着撕裂和犁削等界面作用,填充材料的阻尼特性未能起到减振降噪的效果.

关键词：时变接触特性填充材料磨损特征摩擦振动噪声

基于ANSYS的助力外骨骼液压动力单元热分析

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机械强度 2017年第2期39卷 484-488页

作者：刘超群王海波吴元科西南交通大学机械工程学院成都610031

为了实现助力外骨骼长时间稳定可靠运行的目的。以助力外骨骼原理样机液压动力单元为研究对象,采用傅里叶级数拟合方法建立了助力外骨骼运动学模型,分析助力外骨骼液压系统,得到助力外骨骼液压动力单元所需散热功率。利用Ansys仿真软件... 详细信息

为了实现助力外骨骼长时间稳定可靠运行的目的。以助力外骨骼原理样机液压动力单元为研究对象,采用傅里叶级数拟合方法建立了助力外骨骼运动学模型,分析助力外骨骼液压系统,得到助力外骨骼液压动力单元所需散热功率。利用Ansys仿真软件对助力外骨骼液压动力单元进行建模和热仿真,分析助力外骨骼液压动力单元实际散热功率和温度场,针对助力外骨骼液压动力单元温升问题提出相应的解决方案。

关键词： Ansys 助力外骨骼热仿真液压动力单元

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基于界面调控的摩擦系统减振降噪方法

振动与冲击 2022年第15期41卷 146-152页

作者：王权王安宇吴元科尹家宝项载毓莫继良西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 西南交通大学轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室成都610031 四川航天职业技术学院飞行器制造系成都610100

为寻求抑制摩擦振动及噪声的新方法,分别探讨了在摩擦副背面安装阻尼元件以及在摩擦副表面加工沟槽型织构两种手段对摩擦界面的调控效果,并在此基础上将两种调控摩擦界面的手段组合,对得到的3种不同界面调控方法调控的摩擦系统进行摩擦... 详细信息

为寻求抑制摩擦振动及噪声的新方法,分别探讨了在摩擦副背面安装阻尼元件以及在摩擦副表面加工沟槽型织构两种手段对摩擦界面的调控效果,并在此基础上将两种调控摩擦界面的手段组合,对得到的3种不同界面调控方法调控的摩擦系统进行摩擦噪声试验,并利用有限元分析方法和压力测试结果揭示其作用机理。结果表明,摩擦副背面安装阻尼元件或摩擦副表面加工沟槽型织构均可以改善摩擦界面贴合程度,从而提高摩擦系统的稳定性,抑制摩擦振动及噪声产生。以上两种界面调控方法组合后摩擦界面贴合程度进一步增大,因此在抑制摩擦振动及噪声方面表现出更大的潜力。此外,摩擦副背面安装的阻尼元件在增大界面贴合程度的同时,还可以使界面贴合更加稳定。

关键词：界面调控摩擦振动噪声阻尼元件沟槽型织构界面贴合