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Non-flammable long chain phosphate ester based electrolyte via competitive solventized structures for high-performance lithium metal batteries

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Journal of Energy Chemistry 2024年第10期97卷 156-165页

作者： Li Liao Zhiqiang Han Xuanjie Feng Pan Luo Jialin Song Yin Shen Xiaoshuang Luo Xinpeng Li Xuanzhong Wen Bo Yu Junchen Chen Bingshu Guo Mingshan Wang Yun Huang Hongmei Zhang Mengmeng Yin Jiangtao Liu yuanhua lin Xing Li School of New Energy and Materials Southwest Petroleum University Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering Center for Green Innovation School of Mathematics and Physics University of Science and Technology Beijing State Key Laboratory of Advanced Chemical Power Sources Guizhou Meiling Power Sources Co.Ltd

Safety remains a persistent challenge for high-energy-density lithium metal batteries（LMBs）.The development of safe and non-flammable electrolytes is especially important in harsh conditions such as high ***,a flame-retardant,low-cost and thermally stable long chain phosphate ester based（tributyl phosphate,TBP） electrolyte is reported,which can effectively enhance the cycling stability of highly loaded high-nickel LMBs with high safety through co-solvation *** interfacial compatibility between TBP and electrode is effectively improved using a short-chain ether（glycol dimethyl ether,DME）,and a specially competitive solvation structure is further constructed using lithium borate difluorooxalate（LiDFOB） to form the stable and inorganic-rich electrode *** from the presence of the cathode electrolyte interphase（CEI） and solid electrolyte interphase（SEI） enriched with LiF and LixPOyFz,the electrolyte demonstrates excellent cycling stability assembled using a 50 μm lithium foil anode in combination with a high loading NMC811(15.4 mg cm-2) cathode,with 88% capacity retention after 120 ***,the electrolyte exhibits excellent high-temperature characteristics when used in a 1-Ah pouch cell（N/P=0.26）,and higher thermal runaway temperature（238℃） in the ARC（accelerating rate calorimeter） demonstrating high *** novel electrolyte adopts long-chain phosphate as the main solvent for the first time,and would provide a new idea for the development of extremely high safety and high-temperature electrolytes.

关键词： Battery safety Lithium metal batteries Long chain phosphate ester Non-flammable electrolyte Solvation structure

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复合磨损套管爆裂失效机理及剩余强度预测

天然气工业 2024年第3期44卷 172-183页

作者：邓宽海张明彭阳周念涛姚明远林元华油气藏地质及开发工程全国重点实验室·西南石油大学中国石油石油管工程重点实验室·西南石油大学

超深井、水平井、大位移井等复杂油气井服役工况异常恶劣,套管复合磨损严重,将对井筒完整性构成巨大威胁,且磨损套管剩余强度难以精准预测。为此,基于塔里木盆地塔中北坡顺南区块501井套管磨损数据及P110管材应力—应变本构关系,建立了... 详细信息

超深井、水平井、大位移井等复杂油气井服役工况异常恶劣,套管复合磨损严重,将对井筒完整性构成巨大威胁,且磨损套管剩余强度难以精准预测。为此,基于塔里木盆地塔中北坡顺南区块501井套管磨损数据及P110管材应力—应变本构关系,建立了充分考虑钻杆本体和接头联合造成的磨损模式、夹角、磨损重叠深度及磨损深度的复合磨损套管有限元力学模型,并开展了多种复合磨损模式下套管弹塑性变形、屈服、裂纹萌生、扩展及爆裂行为模拟,得到了不同复合磨损套管应力分布、剩余抗内压屈服强度及爆裂强度。研究结果表明:(1)月牙夹角在0°~90°时,应力干涉削弱应力集中,月牙夹角在90°~180°时,应力干涉增强应力集中,这种交互作用机制导致磨损套管剩余强度随着月牙夹角增加而先增加后降低;(2)裂纹萌生并起始于等效应力最大的位置即磨损月牙中心,并垂直于最大环向应力沿径向从套管内壁向外壁扩展,且裂纹一旦萌生,裂纹将迅速扩展并发生爆裂失效;(3)灰色关联度分析确定了复合磨损套管剩余强度对磨损深度、月牙夹角、复合磨损形式、月牙重叠深度的敏感性,分析结果表明磨损深度是决定套管剩余强度的主控因素。结论认为,该认识为套管强度设计与优化提供了技术参考,并对准确预测复合磨损套管剩余强度和确保井筒安全及完整性具有重要意义。

关键词：油气井复合磨损套管失效机理应力干涉应力集中应力交互剩余强度

新型高效咪唑希夫碱缓蚀剂对Q235钢在1 mol/L HCl溶液中的缓蚀作用

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中国腐蚀与防护学报 2024年第1期44卷 59-70页

作者：王鹏杰宋昱灏樊林邓宽海李忠慧梅宗斌郭雷林元华西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610500 西南石油大学新能源与材料学院成都610500 长江大学石油工程学院武汉434023 四川华宇钻采装备有限公司泸州646000 铜仁学院材料与化学工程学院铜仁554300

以油酸、二乙烯三胺、碘代正丁烷和肉桂醛等为原料,在不同温度下进行酰胺化、脱水环化、季铵化等过程设计合成一种适用于酸洗工况的咪唑希夫碱(MIX)缓蚀剂,通过失重实验、电化学实验、理论模拟和表面分析等方法系统的探究了MIX在1.00 mo... 详细信息

以油酸、二乙烯三胺、碘代正丁烷和肉桂醛等为原料,在不同温度下进行酰胺化、脱水环化、季铵化等过程设计合成一种适用于酸洗工况的咪唑希夫碱(MIX)缓蚀剂,通过失重实验、电化学实验、理论模拟和表面分析等方法系统的探究了MIX在1.00 mol/L HCl溶液中对Q235钢的缓蚀性能及其缓蚀机理。结果表明:在浓度为2.00 mmol/L时,采用失重实验,电化学阻抗(EIS),动电位极化(Tafel)测得的缓蚀效率分别为98.64%,96.93%和99.15%,表明MIX在HCl环境中能够发挥优异的缓蚀性能。电化学实验和等温吸附模型表明,MIX是一种阴极型缓蚀剂,能够自发吸附在Q235钢表面,且遵循Langmuir吸附等温模型。MIX能够在Q235钢表面形成稳定的保护膜,进一步阻碍了腐蚀体系内电荷转移速率。XPS,EDS和FT-IR分析证实了MIX分子能够吸附在Q235钢表面,密度泛函理论(DFT)说明MIX的活性位点为苯基,咪唑环上的N原子,分子动力学(MD)进一步证实了MIX能够吸附在Q235钢表面。MIX在HCl环境中能够发挥优异的缓蚀性能,主要在于Q235钢表面形成了稳定的保护膜,降低了腐蚀体系内电荷转移速率。

关键词：咪唑希夫碱电化学失重实验缓蚀性能理论计算

ZnO varistors with high voltage gradient and low leakage current by doping rare-earth oxide

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Science China(Technological Sciences) 2008年第6期51卷 693-701页

作者： HE JinLiang HU Jun lin yuanhua Sate Key Lab of Power Systems Department of Electrical EngineeringTsinghua UniversityBeijing 100084China State Key Lab of New Ceramics and Fine Processing Department of Material Science and EngineeringTsinghua UniversityBeijing 100084China

The surge arrester of 1000 kV gas-insulated substation (GIS) needs ZnO varistor with high voltage gradient to effectively improve the potential distribution along ZnO varistor column inside the metal-oxide surge arresters. In this paper, the elec-trical and structural parameters of ZnO varistors are changed by doping with some rare-earth oxides, and the mechanism which leads these changes is discussed. When rare-earth oxide additives are added into ZnO varistors, the growing speed is slowed down due to the stabilization of the new spinel phases formed in the grain-boundary by rare-earth oxide additives, then the size of ZnO grains is smaller, and the voltage gradient of varistor increases obviously. By adding suitable amount of oxides of metal Co and Mn, the leakage current can be effectively decreased and the nonlinearity coefficient increased. The novel ZnO varistor samples sintered with the optimal additives have a voltage gradient of 492 V/mm, and the nonlinearity coefficient of 76, but their leakage currents are only 1 μA.

关键词： ZnO varistors rare-earth oxide U-I characteristics voltage gradient leakage current nonlinear coefficient spinel

N,N'-亚甲基双丙烯酰胺与OP-10对Q235钢在1 mol/L HCl中的缓蚀作用

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电镀与精饰 2024年第7期46卷 49-57页

作者：樊林王鹏杰宋昱灏刘婉颖梅宗斌林元华西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500 西南石油大学新能源与材料学院四川成都610500 华宇钻采装备有限公司四川泸州646000

针对在酸洗工况下金属的腐蚀问题,为解决单一缓蚀剂的成本高、效率低的问题,在N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(NN)的最佳缓蚀浓度基础上将其与OP-10复配(N&P),采取失重实验、电化学实验、表面分析和理论模拟的方法,研究了NN和N&P缓蚀剂对Q235钢... 详细信息

针对在酸洗工况下金属的腐蚀问题,为解决单一缓蚀剂的成本高、效率低的问题,在N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(NN)的最佳缓蚀浓度基础上将其与OP-10复配(N&P),采取失重实验、电化学实验、表面分析和理论模拟的方法,研究了NN和N&P缓蚀剂对Q235钢在1.0 mol/L HCl溶液中的缓蚀性能。结果表明:在30℃条件下,NN的交流阻抗谱、动电位极化曲线和失重实验所得的最佳缓蚀率分别为73.32%、85.57%、77.46%,而将NN与OP-10复配后的缓蚀效率分别提升至92.34%、96.26%、90.14%。量子化学表明:N&P吸附位点主要为OP-10分子中的大Π键和C-O键以及NN分子中的C=O键、C=C键、C-N键,具有较好的协同效应。

关键词： N’N-亚甲基双丙烯酰胺 OP-10 电化学失重实验缓蚀性能量子化学

Thermoelectric Properties of Ca_3Co_4O_9/Polyaniline Composites

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Journal of Materials Science & Technology 2014年第4期30卷 423-426页

作者： Bin Zheng yuanhua lin Jinle Lan Xiaoping Yang State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites Beijing University of Chemical Technology State Key Laboratory of New Ceramics and Fine Processing Department of Materials Science and EngineeringTsinghua University

Ca3Co409/polyaniline bulk composites have been successfully fabricated by ball-milling and hot-pressing method. Our results indicate that the Seebeck coefficient can be increased nearly by 400% with adding 15 wt% 0a3Co409 to the polyaniline. The thermal conductivity changes slightly with increasing filler content. The highest figure of merit, ZT can reach 5× 10-4 at 329 K for these bulk composites, which is almost 50 times larger than that of pure polyaniline, suggesting that the polymer-thermoelectric oxide composites are promising candidates for light-weight, low-cost and non-toxic thermoelectric applications.

关键词： Polyaniline Ca3C0409 Thermoelectric Composite

基于气-固两相流喷嘴实验的20G钢冲蚀机理研究

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表面技术 2024年第17期53卷 50-61页

作者：邓宽海程金亮林元华黄耕刘冰梅宗斌秦大伟西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610500 贵州航天天马机电科技有限公司贵州遵义563000 四川华宇钻采装备有限公司四川泸州646000 广东石油化工学院广东茂名525000

目的由天然气管道内壁减薄及穿孔导致的天然气泄漏事故频繁发生,输气管道面临着日益严重的冲蚀磨损问题。针对这一问题需要明确输气管道材料的冲蚀行为及机理,为抗冲蚀材料设计和延长管道使用寿命等工作的开展提供有效支撑。方法基于AST... 详细信息

目的由天然气管道内壁减薄及穿孔导致的天然气泄漏事故频繁发生,输气管道面临着日益严重的冲蚀磨损问题。针对这一问题需要明确输气管道材料的冲蚀行为及机理,为抗冲蚀材料设计和延长管道使用寿命等工作的开展提供有效支撑。方法基于ASTM-G76测试标准,采取气-固喷嘴冲蚀试验研究方法,利用空气射流冲蚀实验机,开展不同冲击角度和冲击速度下天然气管道材料20G钢的气-固冲蚀实验;采用扫描电子显微镜、激光粒度分析仪等设备分析试样表面冲蚀形貌及特征;采用Ahlert冲蚀模型对实验数据进行拟合,建立20G钢的冲蚀率方程。结果当冲击速度(15~72 m/s)增大时,冲蚀率随之增大。当冲击角度(15°~90°)增加时,冲蚀率随之减小。冲蚀面积随着冲击角度的增加而减小。在低冲击角度下(15°、30°),固相颗粒的“犁削”为主要冲蚀及材料移除机制。在中等冲击角度下(45°、60°),冲蚀机制呈现混合形式,犁削、压实与开裂共同作用于材料表面。在高冲击角度下(75°、90°),以压实和开裂为主要冲蚀及材料移除机制。结论在气固两相流作用下,20G钢的冲蚀磨损过程符合典型的塑性材料冲蚀规律。颗粒冲击速度不会直接影响冲蚀机制,颗粒冲击能量的变化是影响冲蚀率的主要因素。建立了适用于天然气管道材料抗冲蚀性能对比和CFD冲蚀模型的冲蚀速率方程。

关键词：冲蚀磨损 20G钢冲蚀机理气固两相流冲蚀速率方程冲蚀试验

Preparation of CePO_4-coated zirconia ceramics and their mechanical behavior

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Rare Metals 2011年第3期30卷 282-286页

作者： ZI Wei SU Cunping lin yuanhua WANG Yong DENG Xuliang Department of VIP Dental Service Peking University School and Hospital of Stomatology Beijing 100081 China Department of Materials Science and Engineering Tsinghua University Beijing 100084 China Jiamusi University School and Hospital of Stomatology Heilongjiang Jiamusi 154002 China

Tetragonal ZrO2-3 mol% Y2O3 （3Y-TZP） coated with CePO4 was synthesized by a co-precipitation method and the effects of CePO4 content and sintering temperature on its mechanical properties were investigated. The microstructure and phase composition of the products were characterized using scanning and transmission electron microscopy as well as X-ray diffraction, respectively. The machinability index of CePO4-coated zirconia was calculated to be 1.05 when the CePO4 content is 25 wt.%. The sample hardness, bending strength and fracture toughness are 7.08 GPa, 457.85 MPa and 9.75 MPa m1/2, respectively, when the sintering temperature is 1400°C. The results show that as-prepared CePO4-coated 3Y-TZP ceramics are highly suitable biomaterials for dental applications and are expected to be used in a com-puter-aided design and computer-aided manufacturing （CAD/CAM） system to make dental crowns or bridge prostheses in a one-step sinter-ing process.

关键词： ceramic materials zirconia machinability X-ray analysis biomedical engineering

低成本Nb掺杂Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质的性能与应用研究

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电子元件与材料 2024年第7期43卷 764-771页

作者：冯玉川张鑫王明辉何泓材林元华清华大学材料学院北京100084 景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院江西景德镇333403 清陶(昆山)能源发展股份有限公司清陶新能源材料研究院江苏昆山215300 宜春清陶能源科技有限公司江西宜春336000 苏州清陶新能源科技有限公司江苏昆山215300

固态电池因其在能量密度、循环寿命和安全性等方面的优异性能受到关注。其核心组件为固态电解质材料。具有石榴石结构的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)氧化物固态电解质由于具备宽电化学窗口、良好的离子传导性、稳定的化学性能及简单... 详细信息

固态电池因其在能量密度、循环寿命和安全性等方面的优异性能受到关注。其核心组件为固态电解质材料。具有石榴石结构的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)氧化物固态电解质由于具备宽电化学窗口、良好的离子传导性、稳定的化学性能及简单的制备工艺等特点而得到广泛研究。本研究采用Nb元素对LLZO进行掺杂,成功制备得到Li_(6.75)La_(3)Zr_(1.75)Nb_(0.25)O_(12)(LLZNO)氧化物固态电解质,其离子电导率达到了7.79×10^(-4)S/cm,且制备成本与未掺杂的LLZO相比无明显增加。将其涂覆在聚乙烯(PP)隔膜表面形成PP-LLZNO隔膜,表现出良好的热稳定性和离子电导率。与Al_(2)O_(3)涂覆隔膜或固态电解质Li_(6.75)La_(3)Zr_(1.75)Ta_(0.25)O_(12)(LLZTO)涂覆隔膜组装的电池相比,组装了PP-LLZNO涂覆隔膜的扣式电池和软包电池的容量保持率分别达到了84.99%(50圈)和57.40%(100圈),展现出更优异的性能。因此,高离子电导率和低成本LLZNO的制备对固态电解质的大规模生产及在固态电池中的广泛应用具有一定的参考意义。

关键词：固态电池 Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12) Nb掺杂固态电解质涂覆隔膜软包电池