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磷酸铁锂电池不同应用场景的生命周期评价

中国环境科学 2022年第4期42卷 1975-1984页

作者：贾志杰高峰杜世伟孙博学北京工业大学材料与制造学部工业大数据应用技术国家工程实验室北京100124

为评估磷酸铁锂(LFP)电池梯次应用的生命周期环境影响,设定直接应用和梯次应用2个应用场景,采用生命周期评价(LCA)方法,对应用场景生命周期各阶段的环境影响及其贡献进行分析.功能单位设定为应用总容量1GWh的LFP电池作为通讯基站(CBS)... 详细信息

为评估磷酸铁锂(LFP)电池梯次应用的生命周期环境影响,设定直接应用和梯次应用2个应用场景,采用生命周期评价(LCA)方法,对应用场景生命周期各阶段的环境影响及其贡献进行分析.功能单位设定为应用总容量1GWh的LFP电池作为通讯基站(CBS)储能电池,循环寿命为800次.结果表明,2个应用场景的环境影响热点均为储能应用阶段,分别占总环境影响的58.25%和64.03%;生产制造阶段的环境影响也较为显著,分别占41.58%和27.36%;回收再生阶段分别贡献了0.18%和0.14%的环境负荷,锂资源回收所产生的环境效益被回收工艺过程额外消耗的资源和能源所产生的环境负荷抵消.2个应用场景的环境影响比较结果显示,相对于直接应用场景,梯次应用场景可降低9.03%的总环境影响,具有一定的环境优势.对2个场景的资源消耗、能源消耗和温室气体排放3类指标的贡献结构进行分析,结果显示,生产制造阶段和储能应用阶段对这3类指标的贡献比例较为显著.

关键词：磷酸铁锂电池直接应用场景梯次应用场景通讯基站储能生命周期评价

基于目标情景的中国铝生产碳减排与碳达峰分析

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中国有色金属学报 2022年第1期32卷 148-158页

作者：李明阳高峰孙博学聂祚仁北京工业大学材料与制造学部工业大数据应用技术国家工程实验室北京100124

本研究在国家碳达峰目标的指引下,梳理并核算了原铝生产温室气体排放的历史数据,并以此为基础,通过对未来15年中国电解铝生产技术改进潜力、电力结构调整及再生铝产量等因素的预测,建立原铝温室气体排放的多因素分析模型,探究在基准情景... 详细信息

本研究在国家碳达峰目标的指引下,梳理并核算了原铝生产温室气体排放的历史数据,并以此为基础,通过对未来15年中国电解铝生产技术改进潜力、电力结构调整及再生铝产量等因素的预测,建立原铝温室气体排放的多因素分析模型,探究在基准情景(BAU)、低改进效率情景(LIR)和高改进效率(HIR)三种情景下我国原铝生产温室气体减排和碳达峰路径。结果表明:我国历年吨铝温室气体排放潜力呈现下降趋势。预测了电解铝先进技术应用、电力消费结构变化及提高再生铝占比对降低吨铝温室气体排放的影响。我国铝生产温室气体排放在BAU情景下将在2030年达到峰值,在LIR情景下将在2027年达到峰值,在HIR情景下将在2021年达到峰值。给出了三种情景下铝产量的增长率,作为确保碳达峰后的限定条件。

关键词：碳排放碳达峰原铝再生铝

粉末冶金泡沫Al-Si-Cu发泡过程的微观结构演变

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稀有金属材料与工程 2021年第6期50卷 2134-2143页

作者：丁宇升高坤元王华东宋鹏陈明梁岳莹彭海春航天特种材料及工艺技术研究所北京100074 北京工业大学材料与制造学部工业大数据应用技术国家工程实验室北京100124

采用扫描电镜和能谱分析了泡沫Al-Si-Cu合金发泡过程的微观结构演变。将Al粉、Cu粉、Si粉按照89:6:5(质量比)混粉,并添加发泡剂2%TiH_(2) (质量分数)和增稠剂1.5%MnO_(2) (质量分数),经过500℃热压后,泡沫铝可在640℃/12-20min发泡。微... 详细信息

采用扫描电镜和能谱分析了泡沫Al-Si-Cu合金发泡过程的微观结构演变。将Al粉、Cu粉、Si粉按照89:6:5(质量比)混粉,并添加发泡剂2%TiH_(2) (质量分数)和增稠剂1.5%MnO_(2) (质量分数),经过500℃热压后,泡沫铝可在640℃/12-20min发泡。微观结构分析显示,发泡前泡沫铝呈现球形的Si、Al_(2)Cu、块状Ti H_(2)和扁片状Mn O_(2)相,发泡后泡沫铝孔壁内存在3类析出相:晶内细小的Si、Al_(2)Cu颗粒;晶界粗大离异共晶Si、Al_(2)Cu相;随机分布的块状Al-Mn相、MnO_(2)相和球形富Ti相。其中富Ti相是由Ti H_(2)分解H_(2)后,与铝液反应产生的,具有2种不同的类型。2类析出相心部都为Ti颗粒,第1类内壳为τ2(Al14Ti33Si53)相薄层,外壳呈现枝晶形貌的τ1(Al_(2)0Ti32Si48)和τ2相;第2类外部为块状交替分布的τ1和(Al, Si)3Ti相。第1类富Ti相的Si成分明显高于第2类,可能是2类富Ti相分别形成于铝液中的富Si和贫Si区造成的。对泡沫铝发泡过程微观结构的分析有助于设计高性能可强化的泡沫铝。

关键词：泡沫铝发泡微观结构析出相

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汽车钢板生产的生命周期评价

钢铁 2023年第5期58卷 145-152页

作者：朱帅康龚先政高峰刘宇北京工业大学材料与制造学部北京100124 工业大数据应用技术国家工程实验室北京100124

在“碳达峰、碳中和”的驱动下,汽车制造业是节能减碳的重要组成部分,作为资源能源密集型产业,它采用汽车钢板作为主要材料,具有生产能耗和排放高的典型特点。采用生命周期评价(life cycle assessment,LCA)方法,分别对汽车钢板生产长流... 详细信息

在“碳达峰、碳中和”的驱动下,汽车制造业是节能减碳的重要组成部分,作为资源能源密集型产业,它采用汽车钢板作为主要材料,具有生产能耗和排放高的典型特点。采用生命周期评价(life cycle assessment,LCA)方法,分别对汽车钢板生产长流程工艺(BF-BOF)和短流程工艺(EAF)2种生产工艺的各阶段进行环境影响评价和贡献分析。结果表明,在汽车钢板生产长流程工艺(BF-BOF)中,炼铁工序和烧结工序对总环境影响的贡献较大;在汽车钢板生产短流程工艺(EAF)中,炼铁工序和电炉炼钢工序对总环境影响贡献较大。汽车钢板生产EAF工艺的各类环境影响均低于BF-BOF工艺,环境影响优势较大的有全球变暖(GWP)、化石能源耗竭(FFP)、矿产资源耗竭(SOP)、淡水富营养化(FEP)、海洋富营养化(MEP)、淡水生态毒性(FETP)、人体致癌毒性(HTPc)、人体非致癌毒性(HTPnc)。BF-BOF工艺和EAF工艺的矿产资源消耗铜当量分别为85.6 kg/t和25.6 kg/t,综合能耗分别为541 kg和265 kg,CO_(2)当量为2111.7 kg和1054.9 kg。EAF工艺的资源消耗、能源消耗、温室气体排放均优于BF-BOF工艺,分别低70.1%,51.0%和50.1%。EAF工艺的3类环境损害均低于BF-BOF工艺,具有一定的环境优势。因此,在条件允许的情况下,增加EAF工艺的生产比例,将有助于汽车制造业和钢铁工业的低碳可持续发展。

关键词：汽车钢板钢板生产环境影响评价生命周期评价能耗

高炉矿渣的组成和结构对其在碱性环境中早期水化特性的影响

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材料导报 2018年第22期32卷 3989-3994页

作者：王亚丽姚羽涵崔素萍王卉王为北京工业大学材料科学与工程学院北京100124 工业大数据应用技术国家工程实验室北京100124

以不同组成和结构的高炉矿渣作为研究对象,借助XRD、ICP-MS以及29Si MAS NMR等微观测试手段,探究了高炉矿渣在碱性环境中的离子溶出特性、硅氧四面体聚合状态随水化龄期变化的影响规律。研究表明:高炉矿渣中玻璃体的活性受其化学组成和... 详细信息

以不同组成和结构的高炉矿渣作为研究对象,借助XRD、ICP-MS以及29Si MAS NMR等微观测试手段,探究了高炉矿渣在碱性环境中的离子溶出特性、硅氧四面体聚合状态随水化龄期变化的影响规律。研究表明:高炉矿渣中玻璃体的活性受其化学组成和结晶相含量影响,结晶相及铝氧结构单元的存在和增多降低了玻璃体结构的聚合度;网络改性剂在玻璃体结构中表现为不均匀分布,不同网络形成体结构单元的水解会伴随不同的水化特性;在碱性环境下,高炉矿渣玻璃体结构中硅氧四面体含量较大时,其硅氧结构更易被破坏,溶液中硅离子的浓度较高,溶液pH值维持在较低水平,生成的水化产物中高聚态硅氧四面体较多;高炉矿渣玻璃体结构中铝氧四面体含量较大时,其铝氧结构更易被破坏,溶液中铝离子及钙离子的浓度较高,液相pH值维持在较高水平,生成的水化产物中高聚态硅氧四面体较少。

关键词：高炉矿渣化学组成矿物组成溶解特性聚合状态

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稻壳灰-电石渣复合吸收剂的脱硫脱硝性能

材料导报 2018年第22期32卷 3995-3999页

作者：王亚丽陈美娜崔素萍马晓宇北京工业大学材料科学与工程学院北京100124 工业大数据应用技术国家工程实验室北京100124

SO_2和NO_x是水泥窑炉尾气中主要的大气污染物,减少其排放已经成为控制大气污染的主要途径。本工作尝试采用农业废渣稻壳灰和工业废渣电石渣配制复合吸收剂,在水泥熟料形成过程中实现脱硫脱硝。本工作研究了稻壳灰和电石渣掺配比(2∶5... 详细信息

SO_2和NO_x是水泥窑炉尾气中主要的大气污染物,减少其排放已经成为控制大气污染的主要途径。本工作尝试采用农业废渣稻壳灰和工业废渣电石渣配制复合吸收剂,在水泥熟料形成过程中实现脱硫脱硝。本工作研究了稻壳灰和电石渣掺配比(2∶5～18∶5,质量比)、反应温度(500～900℃)、氧气浓度(0%～3%)对复合吸收剂脱硫脱硝效率的影响。结果表明,稻壳灰和电石渣的配比为6∶5,掺入水泥生料中,在900℃、1%的氧气浓度条件下,脱硝率达到97%,脱硫率达99%。利用稻壳灰和电石渣这两种废渣配制复合吸收剂可以在水泥分解炉中有效脱除SO_2和NO_x。

关键词：稻壳灰电石渣水泥窑炉脱硫脱硝

典型锂电池中间相炭微球负极材料生产的能耗与碳排放分析

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材料导报 2018年第22期32卷 4022-4026页

作者：高思雯龚先政孙博学北京工业大学材料科学与工程学院北京100124 工业大数据应用技术国家工程实验室北京100124

中间相炭微球(MCMB)负极材料作为新型材料受到了社会的关注,同时其制造所带来的环境污染也逐渐增加。本工作针对锂电池MCMB材料开展了全生命周期能耗与碳排放研究,功能单位定义为生产1tMCMB负极材料产品,系统边界包括原料获取、能源供... 详细信息

中间相炭微球(MCMB)负极材料作为新型材料受到了社会的关注,同时其制造所带来的环境污染也逐渐增加。本工作针对锂电池MCMB材料开展了全生命周期能耗与碳排放研究,功能单位定义为生产1tMCMB负极材料产品,系统边界包括原料获取、能源供应与材料生产阶段,分析了MCMB材料全生命周期的能耗结构,辨识了碳排放的关键影响因素。能耗分析结果显示,1tMCMB负极材料的全生命周期能耗为149.37GJ,初级能耗结构为原煤(82.82%)、原油(11.03%)、天然气(6.15%),能源生产阶段对生命周期能耗的贡献度为80.81%。碳排放分析结果显示,生产1tMCMB负极材料的碳排放总量为11 824.61kg CO_2-eq,电力、中温沥青和焦炉煤气消耗量对碳排放计算结果的影响最为显著,调整能源结构是降低MCMB负极材料生产碳排放的有效手段。

关键词：中间相炭微球生命周期评价碳排放绿色生产设计锂电池

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碲属线性巨磁阻材料研究进展

材料导报 2020年第13期34卷 13131-13138页

作者：曹明星马立文席晓丽王志宏北京工业大学工业大数据应用技术国家工程实验室北京100124 北京工业大学材料科学与工程学院教育部先进功能材料重点实验室北京100124

近年来,具有巨磁阻性质的材料,因其电阻随施加的磁场而显著变化,是现代电子设备中的关键材料。巨磁电阻碲化物由于具有无法预见的大的非饱和磁阻、超高迁移率以及反常霍尔效应等特性,可以用于强磁场探测、信息记录领域以及磁阻器件等(... 详细信息

近年来,具有巨磁阻性质的材料,因其电阻随施加的磁场而显著变化,是现代电子设备中的关键材料。巨磁电阻碲化物由于具有无法预见的大的非饱和磁阻、超高迁移率以及反常霍尔效应等特性,可以用于强磁场探测、信息记录领域以及磁阻器件等(例如计算机的硬盘驱动器),有着重要的科学意义和广阔的应用前景。具有准二维特征、非平庸拓扑能带结构的金属碲属化合物,以及一维碲属银化物作为非饱和线性巨磁阻重要材料体系,表现出了优异的性质,被研究者重视。然而,目前该类材料仍存在一些问题,主要体现在:(1)合成方面。目前还未实现大规模生产高质量的大面积薄层、块体材料,这限制了其开发和应用。(2)性能与结构方面。巨磁阻、热电性能、压致超导、低能光吸收等优良特性已有研究,而通过掺杂等方法调节载流子浓度以提高巨磁阻性能还未被分析透彻。近年来,研究者主要从亟待解决的制备和性能问题展开研究,取得了重大进展。通过采用自上而下的技术已经证明以低成本制备层状材料是可能的,而自下而上的制备技术目前应用较广,例如化学气相沉积、助熔剂法等一系列方法,可以制备具有少量缺陷的高质量材料。磁电阻性能方面,碲属线性巨磁阻材料具有的各向异性磁电阻强烈依赖于角度和温度,当磁场、电场与晶轴取向不同时,磁电阻数值方面有很大区别,该类材料在低温0.53 K、高磁场60 T条件下,具有高至1300000%的磁电阻。相结构方面,过渡金属碲属化合物在2H相或者T、T′和Td畸变中是较稳定的,并可以诱导可逆相变。低能电子结构方面,费米面附近的电子-空穴口袋的尺寸和数量实现完美补偿,可成为巨磁阻效应特征出现的原因。本文以二维MoTe 2、WTe 2和一维Ag 2Te材料为代表,综述了近年来碲属线性巨磁阻材料的化学制备方法,以及性能与结构之间的密切关系,对比并提出了不同维度的线性磁阻材料制备方法的优缺点,并利用晶体各向异性等材料设计与合成策略来实现化学制备。探讨了该类材料晶体的磁电阻性能和结构的关系,总结了其在光电应用方面的重要意义,并展望了可通过掺杂、改性以有望改善性能的方式来激发该类材料在电子器件方面潜在的应用前景。

关键词：外尔半金属二碲化钨相变二维材料线性巨磁阻

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基于第一性原理计算的纳米氧化钨研究进展

无机材料学报 2021年第11期36卷 1125-1136页

作者：赵林艳刘阳思席晓丽马立文聂祚仁北京工业大学材料与制造学部新型功能材料教育部重点实验室北京100124 北京工业大学工业大数据应用技术国家工程实验室北京100124 北京工业大学北京古月新材料研究院北京100124 北京工业大学首都资源循环材料技术省部共建协同创新中心北京100124

纳米氧化钨作为一种具有独特物理化学性质的半导体功能材料,已被广泛应用于环境、能源、生命科学、信息技术等领域。本文基于第一性原理计算在纳米氧化钨中的应用进展,概述了量子力学基础上的第一性原理及密度泛函理论的发展历程及基本... 详细信息

纳米氧化钨作为一种具有独特物理化学性质的半导体功能材料,已被广泛应用于环境、能源、生命科学、信息技术等领域。本文基于第一性原理计算在纳米氧化钨中的应用进展,概述了量子力学基础上的第一性原理及密度泛函理论的发展历程及基本理论,介绍了该领域常用的MS(Materials studio)、VASP(Vienna ab initio simulation package)等模拟计算软件,并分类阐述了第一性原理计算对氧化钨的微观电子结构、物质相互作用、分子热动力学等方面的研究成果。最后提出了第一性原理计算在纳米氧化钨这类半导体材料研究中存在的问题及未来发展趋势。

关键词：纳米氧化钨第一性原理模拟计算电子结构综述