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塑料膜复合集流体在锂离子电池应用中的挑战与改进措施

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储能科学与技术 2024年第10期13卷 3388-3399页

作者：董先锋张稚国李华清王莉何向明清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 江苏瀚叶铜铝箔新材料研究院有限公司江苏苏州215234

塑料膜复合集流体(PFCC)是一种具有金属层+塑料聚合物+金属层的类三明治结构的新型电池集流体,可以提高锂离子电池的能量密度和安全性,因此受到了电池相关研究者的广泛关注。但PFCC也为锂离子电池的应用带来很多挑战,使其产业化进程缓... 详细信息

塑料膜复合集流体(PFCC)是一种具有金属层+塑料聚合物+金属层的类三明治结构的新型电池集流体,可以提高锂离子电池的能量密度和安全性,因此受到了电池相关研究者的广泛关注。但PFCC也为锂离子电池的应用带来很多挑战,使其产业化进程缓慢。本文总结了其带来的诸多挑战,例如,聚合物-金属间结合力弱导致在聚合物层电解液浸泡时易脱层、导电性差使其过流能力下降、聚合物层易被腐蚀等,同时对其相关机理展开了详细的阐述:部分聚合物为非极性分子,与金属层间作用力弱;聚合物自身绝缘;PET易被催化解聚及热稳定性差等缺点。针对以上不足,本文系统地归纳了PFCC在锂离子电池应用技术中的发展历程,同时明确了可以通过界面工程、材料调控、加工技术和设备优化等方法、措施对其进行改进,例如:设置焊接质量的实时监控系统,建立多功能界面强化层,设计集流体内外功能性结构等,以期为PFCC的发展奠定理论基础,并推动PFCC在锂离子电池中的应用。

关键词：锂离子电池复合集流体金属涂层塑料基膜界面问题

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铀酰离子与柠檬酸的配位化学研究

原子能科学技术 2024年第9期58卷 1930-1942页

作者：李智张燕纳森卜彦日丁琪秀杨素亮王琛田国新中国原子能科学研究院放射化学研究所北京102413 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

柠檬酸(2-羟基-1,2,3-丙三羧酸,H_(3)Cit)常用于铀污染的去污和铀污染土壤的修复。然而以往对水溶液中铀酰离子与柠檬酸配位化学的研究大多是在低pH区域和柠檬酸与铀酰离子比例较低的条件下进行的,在更宽的pH范围内进行的实验和去污实践... 详细信息

柠檬酸(2-羟基-1,2,3-丙三羧酸,H_(3)Cit)常用于铀污染的去污和铀污染土壤的修复。然而以往对水溶液中铀酰离子与柠檬酸配位化学的研究大多是在低pH区域和柠檬酸与铀酰离子比例较低的条件下进行的,在更宽的pH范围内进行的实验和去污实践中,所得到的配位模型和热力学常数不能很好地解释大多数观察结果。为探究UO_(2)^(2+)与H_(3)Cit在宽pH范围和高铀酰柠檬酸比例下的配位反应,本文通过采用电位滴定和吸收光谱滴定方法测定不同条件下生成的一系列UO_(2)^(2+)与H_(3)Cit配合物的稳定常数,并通过解析滴定过程中采集的光谱获得各物种的标准摩尔吸收谱。结果表明,在pH=2~12区间,随着pH的升高,UO_(2)^(2+)与H_(3)Cit可逐渐形成11种不同配比和组成的(UO_(2))_(n)H_(r)Cit_(m)^(2n+r-3m)配合物,分别为n∶r∶m=1∶1∶1、1∶0∶1、2∶0∶2、2∶−1∶2、2∶−2∶2、1∶0∶2、1∶0∶3、3∶−5∶2、3∶−5∶3、1∶−2∶2、1∶−3∶3,其中1∶0∶3、1∶−2∶2和1∶−3∶3三个配合物尚未见文献报道。培养并获得了3∶−5∶3物种晶体,结合其拉曼光谱,通过UO_(2)^(2+)-H_(3)Cit拉曼光谱滴定归属了各物种的拉曼谱带。通过热力学和光谱信息,明确了H_(3)Cit的羟基去质子化并参与配位的机理。H_(3)Cit羟基在参与和UO_(2)^(2+)的配位时,UO_(2)^(2+)对羟基O—H键的强极化作用,使得H_(3)Cit羟基能在pH=1.5时发生去质子化,并通过羟基氧和羧基氧与UO_(2)^(2+)桥接形成多核配合物;在pH>9和更碱性的溶液中,Cit^(3−)的羟基将更易发生去质子化形成H_(−1)Cit^(3−),这有利于形成1∶−2∶2和1∶−3∶3的单核配合物物种。

关键词：铀酰离子柠檬酸稳定常数 pH电位滴定吸收光谱拉曼光谱

IEC 63096核电厂仪控系统网络安全管控标准与国内等级保护相关标准的协调分析

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核科学与工程 2024年第1期44卷 161-167页

作者：郭云李江海华能山东石岛湾核电有限公司山东荣成264312 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

伴随着全球工业数字化、网络化和智能化的发展,传统基于物理隔离的保护方式已无法确保核电厂仪控系统的网络安全。核电厂仪控系统遭受网络攻击不仅可能导致生产过程中断,还可能引起核安全事件,因此核电厂仪控系统网络安全已引起世界各... 详细信息

伴随着全球工业数字化、网络化和智能化的发展,传统基于物理隔离的保护方式已无法确保核电厂仪控系统的网络安全。核电厂仪控系统遭受网络攻击不仅可能导致生产过程中断,还可能引起核安全事件,因此核电厂仪控系统网络安全已引起世界各国及相关国际组织的高度关注。国际电工委员会于2020年发布了关于核电厂仪控系统网络安全防范管控的国际标准IEC 63096,为核电厂仪控系统各相关方提供了基于网络安全防范等级和生命周期阶段的具体指引,用于指导核电厂实施网络安全管控措施,以预防、检测和处置网络攻击。同时,等级保护制度作为我国网络安全的基础制度,是国内各核电厂必须开展的规定工作。为此,本文分别对IEC 63096以及等级保护系列标准进行了介绍,重点对二者在安全等级及管控措施方面的协调性进行了分析,从而帮助核电厂在进行网络安全管控措施的部署时有效降低时间成本和投资成本。

关键词： IEC 63096 核电厂仪控系统网络安全等级保护协调分析

某小型模块化反应堆核电站二回路系统变工况特性

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第1期64卷 155-163页

作者：王鑫赵钢曲新鹤王捷王鹏清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084 国核电力规划设计研究院有限公司北京100095

小型核电站具有规模小、投资成本低、功率可调节灵活等特点,用途比较广泛。核电站二回路系统变工况分析对优化核电机组运行模式和提升核电站经济效益具有重要意义。首先,该文针对某小型模块化反应堆核电站二回路系统,使用EBSILON软件搭... 详细信息

小型核电站具有规模小、投资成本低、功率可调节灵活等特点,用途比较广泛。核电站二回路系统变工况分析对优化核电机组运行模式和提升核电站经济效益具有重要意义。首先,该文针对某小型模块化反应堆核电站二回路系统,使用EBSILON软件搭建了系统模型;其次,在完成模型精确性验证后,使用该模型开展了变工况分析;最后,计算了不同功率水平、汽轮机背压、回热加热器切除方式下二回路系统的关键热力性能参数。结果表明:功率水平会对发电效率、热耗率、回热抽汽系数、高/低压缸出力份额等多项参数造成影响;对该影响的定量分析显示,适当降低汽轮机背压有利于提升机组性能,当功率水平为100%热耗率验收工况(turbine heat acceptance,THA)时,若背压设计值下调2.0 kPa,则二回路系统热耗率降低272.338 kJ·(kW·h)^(-1)。此外,回热加热器切除方式会影响二回路系统热力性能,但不同切除方式产生的影响不同。以主给水温度为例,高压回热加热器部分或全部切除将导致主给水温度降低30℃以上,但仅切除低压回热加热器L1基本不影响主给水温度。

关键词：变工况小型核电站回热加热器切除定压运行 EBSILON

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三维球床几何稀疏条数长特征线加速方法

原子能科学技术 2024年第3期58卷 654-661页

作者：郭建郭炯李富严睿邹杨中国科学院上海应用物理研究所上海201800 清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

特征线法具有非常强的几何适应性,可用于三维球床高温气冷堆全堆芯求解,但存在迭代次数多、计算速度慢的缺点。本文将长特征线加速方法应用于三维球床高温气冷堆以解决非规则几何数值加速的问题,基于三维模型特征线布置较二维模型稠密... 详细信息

特征线法具有非常强的几何适应性,可用于三维球床高温气冷堆全堆芯求解,但存在迭代次数多、计算速度慢的缺点。本文将长特征线加速方法应用于三维球床高温气冷堆以解决非规则几何数值加速的问题,基于三维模型特征线布置较二维模型稠密的分析,提出了稀疏条数长特征线加速方法,极大地减少了加速方程的计算量,在不降低角度离散精度的前提下,获得了非常好的加速效果。通过基准题对加速参数的选取方式进行了研究,条数稀疏度取3~5、长特征线长度取2.0 cm左右、加速迭代步取20~60步可获得良好的加速效果。小型轻水堆三维基准题和球床堆芯简化模型的计算结果表明,采用稀疏条数长特征线加速可获得7倍左右的时间加速比,此时对应的迭代步加速比为20倍左右。

关键词：球床高温气冷堆特征线法长特征线加速方法中子输运

空气下CDs/SiO_(2)复合材料光诱导除铀

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核化学与放射化学 2024年第4期46卷 358-366,I0003页

作者：张令宇李凯王哲王祥科华北电力大学环境科学与工程学院北京102206 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

铀是核电的主要燃料,从含铀废水中去除铀对环境保护和资源回收均具有重要意义。光诱导铀酰离子固化是一种新型的、高效的分离方法。本工作采用溶剂热法合成了一种蓝光碳点,随后用溶胶-凝胶法合成了碳点/二氧化硅(CDs/SiO_(2))的复合材... 详细信息

铀是核电的主要燃料,从含铀废水中去除铀对环境保护和资源回收均具有重要意义。光诱导铀酰离子固化是一种新型的、高效的分离方法。本工作采用溶剂热法合成了一种蓝光碳点,随后用溶胶-凝胶法合成了碳点/二氧化硅(CDs/SiO_(2))的复合材料。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜等方法对复合材料形貌进行了表征,并研究了其在光诱导去除铀中的应用。实验发现,在可见光照射下,引入碳点后的SiO_(2)对铀的光沉淀速率是纯SiO_(2)的5.8倍,在空气气氛下可以将铀转型为水丝铀矿的固体产物,对铀的去除容量超过800 mg/g。为了评估在可见光照射下CDs/SiO_(2)光诱导还原铀的实际应用性,系统地研究了pH等因素的影响。并且该材料在循环使用5次后对铀的去除效率仍保持在85%以上,表现出优异的循环使用性能。CDs/SiO_(2)复合材料制备简单且通过光诱导能够高效去除水中的铀酰离子,为光诱导去除铀提供了新的方法及材料。

关键词：碳点 SiO_(2) 铀酰离子光催化空气气氛

旋流雾化火焰合成稀土掺杂氧化钇的结构形貌和光电性能调控研究

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工程热物理学报 2024年第2期45卷 569-575页

作者：雷舒婷张易阳李水清清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

稀土元素掺杂的钇基纳米颗粒在荧光发光、激光晶体和透明陶瓷等领域具有广阔的应用前景。本文针对Ce,Nd,Yb和La四种稀土元素,采用旋流雾化火焰合成方法,实现了一步连续合成Re:Y_(2)O_(3)(Re=Ce,Nd,Yb,La)纳米颗粒,并对合成的纳米颗粒形... 详细信息

稀土元素掺杂的钇基纳米颗粒在荧光发光、激光晶体和透明陶瓷等领域具有广阔的应用前景。本文针对Ce,Nd,Yb和La四种稀土元素,采用旋流雾化火焰合成方法,实现了一步连续合成Re:Y_(2)O_(3)(Re=Ce,Nd,Yb,La)纳米颗粒,并对合成的纳米颗粒形貌结构及光电性能进行了探究。结果表明所合成的纳米颗粒粒径均匀分布(约10 nm),结晶度良好,呈立方相。掺杂引起的晶胞畸变程度与掺杂元素的离子半径成正相关。不同稀土掺杂元素均导致材料的相对介电常数和介电损失增高。在200~2000 nm波长范围内,1%Yb元素掺杂带来的光谱吸收比增高最多,增高至22.83%。5%La元素掺杂带来的光谱吸收比增高最低,为14.92%。此外,5%La掺杂使得禁带宽度下降至4.53 e V,导致其在紫外区间内的光学吸收大幅增加。

关键词：火焰合成稀土掺杂氧化钇纳米颗粒光电性能

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电发酵技术强化有机废物资源化的原理及应用

化学进展 2024年第8期36卷 1200-1216页

作者：孙笑言阴亚楠陈辉赵雷王诚王建龙清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081

有机废物产量的不断提升为废物处理处置带来难题。由于富含多糖、蛋白质和矿物质等营养物质,有机废物的生物资源化备受关注。目前,传统厌氧发酵技术处理有机废物存在发酵周期长、产物产量低、产物选择性差和有机废物降解率低等问题。将... 详细信息

有机废物产量的不断提升为废物处理处置带来难题。由于富含多糖、蛋白质和矿物质等营养物质,有机废物的生物资源化备受关注。目前,传统厌氧发酵技术处理有机废物存在发酵周期长、产物产量低、产物选择性差和有机废物降解率低等问题。将生物电化学系统应用到传统厌氧发酵技术中形成的电发酵技术可以通过电化学手段调控微生物反应的氧化还原平衡,克服传统发酵的热力学局限性,强化微生物电子传递,促进有机废物的降解和资源化产物的生成,实现有机废物的高效资源化。本文系统梳理了电发酵技术促进有机废物资源化的基本原理,综述了电极材料、微生物、反应器结构以及提升系统运行的方法,介绍了电发酵技术强化有机废物资源化产物(包括甲烷、氢气、醇、短链脂肪酸、中链脂肪酸、聚羟基丁酸酯、聚羟基烷酸脂等)生成的研究现状,并总结和展望了电发酵技术在有机废物资源化应用中的发展前景和面临的挑战。

关键词：电发酵技术有机废物电极材料电活性微生物电发酵产物胞外电子传递高值化学品

人工智能助力实现“双碳”目标:新质生产力视角下的机制与对策

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阅江学刊 2024年第5期16卷 65-76,173页

作者：甄紫涵周胜王灿清华大学核能与新能源技术研究院清华大学环境学院

新质生产力将以强大动能推动发展方式绿色转型,助力实现“双碳”目标。人工智能的应用是新质生产力赋能“双碳”目标的重要体现。人工智能将推动低碳技术要素的升级变革,促进相关知识要素的丰富发展,纳入并发挥数据作为新型生产要素的... 详细信息

新质生产力将以强大动能推动发展方式绿色转型,助力实现“双碳”目标。人工智能的应用是新质生产力赋能“双碳”目标的重要体现。人工智能将推动低碳技术要素的升级变革,促进相关知识要素的丰富发展,纳入并发挥数据作为新型生产要素的关键作用,促进生产要素的优化组合、协同配置。当前,使用人工智能助力实现“双碳”目标面临潜在挑战,如计算密集型人工智能导致相关碳排放迅速增长、数据要素的流通渠道不畅、数据伦理问题尚未得到高度重视、部分关键人工智能技术仍与国际领先水平存在差距、存在一定的“产-学-研”链条脱节风险等。因此,需要推进计算密集型人工智能绿色化,加强相关排放的检测与核算;加快建设数据要素市场,统筹考虑数据流通与数据安全;建立并完善数据伦理相关标准规范和审查机制;加快推进关键人工智能技术的研究攻关;着力推进“AI+双碳”的成果转化与产业应用。

关键词：新质生产力 “双碳”目标人工智能绿色转型数据要素