高通量计算在锂电池材料筛选中的应用

先进电池技术是未来十年世界各国前沿技术竞争的制高点,锂电池由于具有电压高、比能量高、充放电寿命长、工作温度范围宽等优点,已成为许多移动电子产品、电动汽车以及风电和光伏电储能的首选.因此,更快的开发出能量密度高、安全性好、充放电速度快的高性能锂电池材料十分必要.借助高通量计算方法,通过设置合理的筛选条件,可加快锂电池材料的研发.通过使用自主编写的计算软件及高通量自动化计算流程,以无机材料晶体结构数据库中现有的结构为基础,针对电极材料和固体电解质材料分别应具有的特点,实现了对锂电池材料的初步筛选.计算结果与现有的实验数据汇集到一起,形成了庞大的数据库.进一步借助统计方法进行数据挖掘,有望揭示材料的结构-性能关系及内在物理规律,缩短材料从研发到应用的全过程,为开发全新电池材料乃至电池体系提供有力支持.     

基于纳米粒子/相变石蜡乳状液的研究

介绍了纳米流体的制备方法,探讨了纳米流体强化传热的机理.结合本实验室的研究方向,首次提出了在相变储热石蜡乳状液中添加纳米粒子强化石蜡乳状液传热性能的方法,并制备了纳米铝/石蜡乳状液.分析了该悬浮液的性能,实验结果表明,将0.1%(质量分数)的纳米铝粉分散于石蜡乳状液中,悬浮液的导热系数提高了29.4%,大大提高了石蜡乳状液的传热速率.与水作为储热、传热介质相比,该新型相变纳米流体具有储热密度大、换热能力强的优点.最后,指出了该新型相变纳米流体研究存在的问题并展望了其应用前景.     

南祁连盆地木里坳陷石炭系-侏罗系天然气水合物气源岩有机地球化学特征

通过开展南祁连盆地木里坳陷天然气水合物基础地质剖面调查工作,对石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系共四套层系5条剖面的炭质泥岩、泥岩等样品进行了系统采样与分析,在此基础上深入研究四套层系的有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度等地球化学特征,分析及对比各层系的有机地球化学指标,以探讨不同层系烃（气）源岩为天然气水合物提供的气源条件。结果表明：石炭系-二叠系有机质丰度偏低,TOC（总有机碳含量）普遍小于0.4%,为非和差烃源岩,有机质类型主要为Ⅱ型和Ⅲ型,有机质成熟度为过成熟,生烃能力较差,难以成为天然气水合物潜在气源岩。三叠系样品TOC值普遍大于1%,氯仿沥青“A”平均为0.89‰,以很好和好烃源岩为主,并含少量差和非烃源岩,有机质类型以Ⅲ型为主,含少量Ⅱ₂型,镜质体反射率R_o值为0.74%~0.98%,整体上处于成熟阶段,生气能力较强,可作为天然气水合物主要潜在气源岩。侏罗系以很好、好和中等烃源岩为主,并含部分差烃源岩,有机质类型主要为Ⅱ型和Ⅲ型,R_o值为0.62%~0.97%,整体上处于成熟阶段,可作为天然气水合物次要潜在气源岩。     

南祁连盆地哈拉湖坳陷天然气水合物科学钻孔岩心顶空气组成及其地质意义

通过对南祁连盆地哈拉湖坳陷天然气水合物科学钻探试验QH-1孔、QH-2孔不同层段内岩心顶空气中各烃类气体含量及甲烷碳同位素值的统计,对比研究了岩心中烃类气体组分含量随不同深度的变化特征,剖析了组分含量与岩性、裂隙或破碎带之间的对应关系,探讨烃类气体的成因,指出了烃类气体对岩性、裂隙或破碎带、天然气水合物异常的地质指示意义。结果显示:顶空气高含量区间段对泥岩有一定的指示作用,岩心中一定深度范围内多处钻遇石膏晶体,石膏出露层段与顶空气高含量区间段较为吻合,烃类气体可能主要以吸附(游离)的方式被封存在泥岩中,石膏起到了一定的封堵作用;裂隙或破碎带内岩心顶空气组分含量相对较高,显示裂隙或破碎带对烃类气体的聚集有一定控制作用;与南祁连盆地木里地区相比,钻探区虽然达到了天然气水合物稳定带条件,但未能钻获到天然气水合物,推测气体浓度较低为原因之一;钻孔岩心顶空气中甲烷气体主要以热解成因为主,并含部分混合成因气。     

具有自载体功能的CoFeAlO4载氧体化学链燃烧反应特性

采用燃烧法合成了具有尖晶石结构的CoFeAlO₄载氧体材料,通过表征手段和实验研究考察了不同温度下CoFeAlO₄载氧体的化学链燃烧反应特性和循环稳定性,并对CoFeAlO₄载氧体晶相结构和表观形貌的变化规律进行了分析。结果表明,温度升高有利于提高CoFeAlO₄载氧体转化还原性气体CO的能力,使得还原反应速率更快,但高温下经“还原-氧化”会造成CoFeAlO₄载氧体相态分离,难以保持稳定的自载体尖晶石结构。对反应前后CoFeAlO₄载氧体晶相结构的分析表明,高温条件下经过“还原-氧化”后生成的CoFe₂O₄和CoAl₂O₄是导致CoFeAlO₄载氧体烧结和循环稳定性下降的主要原因。     

热力法开采天然气水合物的模拟实验研究

在天然气水合物一维开采模拟系统上进行了模拟热力法开采天然气水合物的实验研究. 使用甲烷气体与NaCl溶液在一定温度和压力条件下形成水合物. 通过以不同速率注入不同温度的热水,研究了热力法开采水合物过程中含水合物沉积物的温度分布以及甲烷气体、水生产规律. 结果表明,在整个分解过程中,气体生产速率随时间增加而增加,直到达到最大值后开始下降,而水生产的速率几乎保持恒定. 通过对实验结果的能量分析表明,热力开采的能量效率在0.38~2.59之间. 注入热水的温度、速率以及沉积物中水合物的饱和度对热力法开采水合物的能量效率有重要影响.     

枫木木质素热解自由基演变规律研究

采用电子顺磁共振波谱仪（EPR）研究枫木木质素热解自由基的演变规律。实验结果表明：枫木木质素热解自由基演变过程分为3个阶段：温度低于450 ℃时,以自由基引发反应为主,同时液体产率在450 ℃达到最大;温度处于450~550 ℃之间时为自由基增长阶段,其自旋浓度在550 ℃时急剧升至276.99×10¹⁷ spin/g;温度高于600 ℃时,自由基增速放缓。此外,通过构建回归方程描述温度、氢碳比（H/C）、石墨化程度与自由基含量的耦合变化趋势,可为揭示木质素微观热解机理提供新思路。     

动态冰蓄冷系统的融冰放冷特性

在自行建设的动态冰蓄冷中试系统基础上,以蓄冰槽为研究对象,研究融冰放冷的动态特性.通过改变蓄冰槽初始蓄冰量、末端负荷、冷冻水流量以及蓄冰槽回水速度等参数,分析了蓄冰槽内取水温度变化规律,得到了融冰放冷速率曲线.     

在矩形槽中采用圆盘式水分布器的槽内温度场分布的实验研究

搭建了一套采用圆盘式水分布器布水和矩形水槽蓄冷水的蓄冷系统。通过改变供、回水温度,调节流量,分别进行了蓄冷模式实验和静置模式实验。结果表明:在物性参数、几何参数以及运行工况参数稳定的条件下,槽内温度场主要受单个布水器出口流量的影响。合理有效的流量控制措施有利于提高蓄冷系统效率和冷水机组运行能效比;对于以日为周期的电价峰平谷段运行机制,静置后的蓄冷系统仍能满足间歇供冷要求,但蓄冷系统和冷水机组的效率均下降。     

湍动流化床内固体颗粒扩散系数

将高速摄影及基于互相关原理的图像处理技术与颗粒扩散规律的研究进行结合,对湍动流化床中甲醇制烯烃催化剂SAPO-34颗粒的扩散系数进行了实验研究。实验表明,对于Geldart A类的SAPO-34颗粒,颗粒纵向扩散系数在10^-2～10^-1 m²·s^-1量级之间,横向扩散系数在10^-3～10^-2 m²·s^-1量级之间,两者均随流化风速的上升而增大。另外,在相同的流化风速下,粒径较小的颗粒具有更大的扩散系数。该结果对湍动床颗粒运动规律的研究有一定意义。