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锂离子电池热失控气体产物检测及分析技术研究进展

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储能科学与技术 2024年

作者：卫寿平孙杰李吉刚周添陈静党胜男唐娜张帆陆军防化学院

锂离子电池热失控会释放出大量气体，引起了许多研究者的关注。对热失控气体产物进行检测和分析是锂离子电池热失控研究中的重要组成部分。首先介绍了热失控不同阶段发生的反应并梳理出主要气体产物的来源。然后重点综述了当前锂离子电... 详细信息

锂离子电池热失控会释放出大量气体，引起了许多研究者的关注。对热失控气体产物进行检测和分析是锂离子电池热失控研究中的重要组成部分。首先介绍了热失控不同阶段发生的反应并梳理出主要气体产物的来源。然后重点综述了当前锂离子电池热失控气体产物的主要检测和分析技术，包括气体传感器、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、气相色谱（GC）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）、拉曼光谱、离子色谱（IC）、复合气体分析仪及上述技术的组合联用，归纳了各种技术的实际运用效果，分析了每种技术存在的不足，提出了解决问题的方法建议，并总结出每种技术的优缺点及发展和应用情况。接着针对锂离子电池热失控气体产物检测结果的研究现状，从产气机理、气体成分和产气量、燃爆危险性、毒害、监测预警五个方面进行了阐述分析，可为锂离子电池的安全使用和发展提供帮助。最后基于对检测技术优点及气体产物研究内容的分析，推荐气体传感器和GC-MS+气体传感器为相对最适合气体分析的技术，可为检测技术的选择提供借鉴。文章结尾展望了气体产物检测和分析技术未来优化发展方向和前景，为相关技术的研发工作提供参考。

关键词：锂离子电池热失控气体产物检测分析技术优缺点

软包三元锂离子电池热失控毒性产物分析及结构变化研究

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储能科学与技术 2024年

作者：周添孙杰李吉刚卫寿平陈静张帆陆军防化学院

本研究旨在深入探究三元电池在热失控过程中产生的毒性产物，并分析电池结构变化对性能和安全性的影响。随着电动汽车市场的快速增长，三元电池因其高能量密度和较长的使用寿命而广受欢迎。然而，电池热失控作为电动汽车安全的重大隐患... 详细信息

本研究旨在深入探究三元电池在热失控过程中产生的毒性产物，并分析电池结构变化对性能和安全性的影响。随着电动汽车市场的快速增长，三元电池因其高能量密度和较长的使用寿命而广受欢迎。然而，电池热失控作为电动汽车安全的重大隐患，已成为行业关注的焦点。本研究首先通过火焰触发三元电池的热失控反应，并对反应过程中产生的气体进行收集和分析。实验结果显示，随着荷电状态（SOC）的升高，电池热失控也越发剧烈，一旦开始热失控，极易引起周围电池的连锁反应。同时热失控过程中会产生包括一氧化碳（CO）、氟化氢（HF）、丙烯醛、丙烯腈以及含有苯环的有毒有害气体。其中，一氧化碳和其他一些高毒性的化合物对人体健康构成严重威胁。在毒性产物分析的基础上，本研究进一步探讨了热失控过程中电池结构的变化。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等先进表征手段，对热失控前后的电池材料进行观察和分析。结果表明，热失控过程中，电池的正负极材料会发生明显的热解和氧化反应，产生大量的气体和高分子化合物，这些产物会进一步加剧电池的热失控，并导致电池结构的破坏。本研究不仅揭示了三元电池热失控过程中产生的毒性产物及其危害，还深入分析了热失控过程中电池结构的变化。这些研究成果不仅为电动汽车的安全评估提供了重要的数据支持，也为三元电池的改进和优化提供了有益的参考。

关键词：三元材料锂离子电池热失控产物分析结构变化

金属氧化物半导体气体传感器选择性改进研究进展

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传感器与微系统 2024年第10期43卷 1-5页

作者：刘亚东徐勇尤立娟王学峰陆军防化学院北京102205

选择性较差一直是金属氧化物半导体(MOS)传感器难以攻破的主要技术瓶颈。本文基于单层结构和分层结构两种角度,对目前解决MOS传感器选择性问题的技术途径进行了综述。基于单层结构提出的技术途径,能够在一定程度上提升传感器的选择性,... 详细信息

选择性较差一直是金属氧化物半导体(MOS)传感器难以攻破的主要技术瓶颈。本文基于单层结构和分层结构两种角度,对目前解决MOS传感器选择性问题的技术途径进行了综述。基于单层结构提出的技术途径,能够在一定程度上提升传感器的选择性,但在实际应用环境下的抗干扰能力等方面存在一定的未知性和局限性。基于分层结构提出的技术途径,在对气体的响应过程中产生的具有差异性的特征,可以为传感器对目标气体的准确识别提供可靠依据。但分层结构MOS传感器一致性较难控制、制备技术要求较高、使用寿命相对较短等问题仍需进一步改进和完善。

关键词：金属氧化物半导体气体传感器选择性技术途径

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装甲车三防系统超压数值模拟及影响因素

兵工自动化 2024年第8期43卷 51-54页

作者：李思维李宁宁陆军防化学院指挥系北京102205

针对装甲车三防系统超压状态的准确控制问题,基于CFD仿真分析法,研究不同因素对装甲车内部超压状态的影响。通过理论分析、几何建模、数值仿真和模拟试验等方法,研究外流场速度、漏气面积与风机速度等因素对内部超压的影响规律。结果表... 详细信息

针对装甲车三防系统超压状态的准确控制问题,基于CFD仿真分析法,研究不同因素对装甲车内部超压状态的影响。通过理论分析、几何建模、数值仿真和模拟试验等方法,研究外流场速度、漏气面积与风机速度等因素对内部超压的影响规律。结果表明:外流场速度与超压值基本呈线型反比关系,但总体影响较小;风机流量、漏气面积对车舱内超压值具有显著影响,并呈幂函数关系;可为作战决策、装备维修、装备改进提供科学依据。

关键词：机动平台三防系统超压影响因素

氦离子辐照下6061-Al合金中的氦泡行为研究

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材料导报 2024年第1期38卷 136-142页

作者：闫占峰郑健周韦王浩中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900

通过室温下的He离子辐照来研究核级6061-Al合金中氦泡的演变行为,辐照剂量为2×10^(15)cm^(-2)、1×10^(16)cm^(-2)、1×10^(17)cm^(-2)和2×10^(17)cm^(-2),通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)来表征分析辐照后铝合金表面的损伤情况... 详细信息

通过室温下的He离子辐照来研究核级6061-Al合金中氦泡的演变行为,辐照剂量为2×10^(15)cm^(-2)、1×10^(16)cm^(-2)、1×10^(17)cm^(-2)和2×10^(17)cm^(-2),通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)来表征分析辐照后铝合金表面的损伤情况,并通过透射电镜(TEM)表征辐照产生的氦泡等微观缺陷。结果表明,辐照后铝合金产生了表面损伤,表面起泡程度和粗糙度随着He辐照剂量的增加而明显增大。初步计算表明,入射的He大部分都用于形成表面起泡,只有少数分布在基体内形成均匀的氦泡。随着辐照剂量的增加,基体内氦泡的尺寸先保持不变,然后显著增加,而氦泡密度则先增加后降低。另外,还观察到氦泡在析出物和晶界上发生了偏向性聚集和长大。本工作对深入认识铝合金在研究堆内面临的宏观力学性能退化以及可能的辐照失效行为具有重要意义。

关键词：铝合金氦泡氦离子辐照表面起泡析出物

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TNT和温压炸药浅埋爆炸效应差异性研究

兵器装备工程学报 2024年第5期45卷 160-166页

作者：杨峰翟红波苏健军李尚青肖洋刘伟西安近代化学研究所西安710065 军事科学院防化研究院北京102205

为研究TNT和温压炸药浅埋爆炸效应的差异性,文章开展了浅埋爆炸试验,系统分析了TNT和温压炸药在爆坑形貌和地表空气冲击波波形等方面的差异。结果表明:相同工况的浅埋爆炸,温压炸药产生的爆坑直径、深度以及体积都大于TNT,装药埋深为0.... 详细信息

为研究TNT和温压炸药浅埋爆炸效应的差异性,文章开展了浅埋爆炸试验,系统分析了TNT和温压炸药在爆坑形貌和地表空气冲击波波形等方面的差异。结果表明:相同工况的浅埋爆炸,温压炸药产生的爆坑直径、深度以及体积都大于TNT,装药埋深为0.1 m和0.3 m时,温压炸药产生的爆坑体积分别是TNT的1.2倍和2.3倍。通过对测得的冲击波参数进行比较,分析得出:当埋深为0.1 m和0.3 m时,比例距离为1的测点处温压炸药产生的冲击波峰值压力分别是TNT的2.16倍和1.41倍;在研究范围内,比例距离和埋深变化对不同类型装药的冲击波冲量衰减量影响很小,但对衰减率有较大影响,当埋深从0.1 m增加为0.3 m时,2种类型装药的冲量衰减率都增加了近1倍。

关键词：浅埋爆炸爆坑空气冲击波峰值压力冲量

装填参数对水下新型气幕式发射内弹道性能的影响

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火炸药学报 2024年第8期47卷 738-746,I0004页

作者：胡雨博陈双郑监胡宏伟西安近代化学研究所陕西西安710065 中国人民解放军92578部队北京100161

为降低水下全淹没发射过程中射弹的附加质量,提高射弹初速,基于水下气幕式发射原理,提出了一种气幕的新型形成方式,即通过在发射管内壁开设沟槽,引导射弹后的火药燃气在发射管内汇聚形成气幕;建立了气幕式发射流体动力学模型,对该气幕... 详细信息

为降低水下全淹没发射过程中射弹的附加质量,提高射弹初速,基于水下气幕式发射原理,提出了一种气幕的新型形成方式,即通过在发射管内壁开设沟槽,引导射弹后的火药燃气在发射管内汇聚形成气幕;建立了气幕式发射流体动力学模型,对该气幕形成方式下的发射过程进行了数值模拟,分析了装填参数对发射内弹道性能的影响。结果表明,与全淹没式发射相比,气幕式发射可将最大膛压降低89.4%,射弹初速提高53.3%;推进用包覆火药的包覆层燃速指数从0.75增大到0.78时,气幕排水时间缩短,弹丸启动时管内燃气体积分数大幅降低,弹丸初速降低,但内弹道全过程大幅缩短,发射频率提高;包覆层厚度的微小变化对内弹道性能影响较小。

关键词：流体力学水下推进水下气幕多相流内弹道特性气幕式发射装填参数射弹初速

拉伸-扭转复合加载对镍基高温合金GH4169力学性能与变形机理的影响

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金属学报 2024年第1期60卷 30-42页

作者：杨俊杰张昌盛李洪佳谢雷王虹孙光爱中国工程物理研究院核物理与化学研究所中子物理学重点实验室绵阳621999

研究镍基高温合金在近服役条件下的力学性能与内在变形机理具有重要意义,但现有研究主要集中于单轴加载下的力学行为,多轴加载相关研究报道较少。为此,本工作对比研究了单轴和复合加载下多晶镍基高温合金GH4169的力学性能变化规律及其... 详细信息

研究镍基高温合金在近服役条件下的力学性能与内在变形机理具有重要意义,但现有研究主要集中于单轴加载下的力学行为,多轴加载相关研究报道较少。为此,本工作对比研究了单轴和复合加载下多晶镍基高温合金GH4169的力学性能变化规律及其微观变形机制差异。在25℃下对多晶镍基高温合金GH4169进行拉伸-扭转复合加载,结合SEM、TEM、EBSD和中子衍射研究了加载方式对其力学性能、微观组织以及变形机理的影响。结果表明,拉伸样品的屈服强度和极限强度均随预扭转角度增加而增大(增幅分别约为150%和13%);在20%预拉应变下,扭转样品的屈服强度和延伸率均有所增加(增幅分别约为31%和16%)。拉伸和扭转变形后样品中的位错密度明显增大;同时复合加载下位错密度相较于单轴加载略小,表明存在位错湮灭效应。预加载产生的位错强化效应提高了屈服强度,而随后复合加载下位错湮灭效应使预拉伸扭转样品的极限强度有所降低。预扭转形成梯度结构的力学强化作用一定程度上抵消了位错湮灭效应的影响。研究表明,多轴加载方式可调控材料微观结构和变形机制,进而实现材料强度和韧性的协调提升。

关键词：多晶镍基高温合金复合加载力学性能变形机理中子衍射

我国聚变堆氚增殖循环技术最新研究进展与展望

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原子能科学技术 2024年第S2期 284-295页

作者：彭述明赵林杰肖成建中国工程物理研究院核物理与化学研究所

氚增殖循环（也称外循环）是实现聚变堆氚燃料自持的关键。氚增殖循环由增殖剂产氚、提氚、氢同位素分离、氚分析检测等多个单元组成，各单元之间相互关联，缺一不可。依托国家重点研发计划“CFETR增殖包层氚提取与测量工程技术”项目... 详细信息

氚增殖循环（也称外循环）是实现聚变堆氚燃料自持的关键。氚增殖循环由增殖剂产氚、提氚、氢同位素分离、氚分析检测等多个单元组成，各单元之间相互关联，缺一不可。依托国家重点研发计划“CFETR增殖包层氚提取与测量工程技术”项目，近期在多个氚增殖技术研究中取得了新进展。主要包括：在中国绵阳堆上在线演示了增殖包层百居里级在线产氚与提氚；开展了1∶1规模的增殖包层氚提取与氢同位素分离氢氘模拟实验，动态提取效率达99.1%，停堆提取效率达99.95%，氢同位素分离浓缩倍数达104倍，回收效率达99.26%；开展了基于水精馏的含氚水处理中试试验，贫化大于2 000倍，浓缩大于20倍。基于此，对未来聚变堆的氚工厂设计和建设进行了展望。

关键词：氚增殖循环氚燃料自持氚增殖技术氚工厂

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