电极结构（共6篇）
电极结构 篇1
据美国物理学家组织网报道, 斯坦福大学的研究人员利用纳米技术开发出一种电池阴极, 可反复充电4万次, 且电池容量损耗不大。相关论文发表在22日《自然·通讯》杂志上。
新能源技术的不断进步, 使得能源行业对电池的需求不断增加。可大量快速充放电的电池不仅能够适应电力需求的周期性波动, 还可以存储太阳能、风能等间歇性能源。然而, 目前的电池技术要么过于昂贵, 要么充电次数不足以满足实际的需要。
由于电网电池需要的是大型储能电池, 因此新电极采用了价格低廉、自然储量丰富的物质。电极由铜及铁基纳米材料构成, 使用水性硝酸钾电解液, 充放电时, 钾离子在电极间移动。研究人员首先用铜替代普鲁士蓝 (亚铁氰化铁) 的一半铁, 然后将新化合物制成纳米晶体, 覆盖在布状的碳基质上, 最后将其浸入到硝酸钾电解质溶液中。研究表明, 新电极充电4万次后, 其电池容量依然可以保持83%。目前, 铅酸电池可充电数百次;锂电池可充电1 000次左右。
新电极也存在弱点, 其充电容量相对较低, 为60毫安时, 而锰氧化物阴极的充电容量为100毫安时。此外, 以铜替代铁也会相对提高电极的成本。对于电网而言, 重要的是充放电的能源价格, 新电极可充电上万次, 可能会在充放电的能源价格上占据一定的优势。如果其充放电的能源价格低于钠硫电池, 无疑将成为大赢家。此外, 能源效率也十分关键, 现在还不清楚新电极在充电时有多少能源损耗。
研究人员表示, 该成果向制造新型低成本电池, 使电网能够储存大量电能迈出了重要的一步。目前他们正在调制电池阳极, 并着手开发电池原型。
电极结构 篇2
电极热水锅炉系列产品是我司的主力产品，锅炉核心部件引进自国外，该产品自问世以来经历了四次更新。先进技术的引进和核心设备的原装进口，确保了该产品国内组装后特殊严谨的品质。
电极热水锅炉结构中包含高电阻绝缘的压力容器和三相电级。加热原理是基本三相电中压电流通过设定电导率的炉水释放大量热能从而生产可加以控制和利用的热水。
锅炉功率调整范围是1%-100%.在 10%-100%的范围内可以做到无级调节。
在节能领域，电极热水锅炉能够结合大型蓄能设备，在低谷电价时间段把蓄能装置内的热水加温，在高电价时使用。这不单可以节省远行费用，也能够起到平衡电网负荷的作用
电极蒸汽锅炉
ZHPI系列产品是我司的主力产品，锅炉核心部件引进自国外，该产品自问世以来经历了四次更新。先进技术的引进和核心设备的原装进口，确保了该产品国内组装后特殊严谨的品质。
ZHPI电极热水锅炉结构中包含高电阻绝缘的压力容器和三相电级。加热原理是基本三相电中压电流通过设定电导率的炉水释放大量热能从而生产可加以控制和利用的热水。
锅炉功率调整范围是1%-100%.在 10%-100%的范围内可以做到无级调节。
在节能领域，ZHPI电极热水锅炉能够结合大型蓄能设备，在低谷电价时间段把蓄能装置内的热水加温，在高电价时使用。这不单可以节省远行费用，也能够起到平衡电网负荷的作用
蓄热机组
蓄热机组系列蓄热电锅炉均采用一体化设计。蓄热电锅炉与直供电锅炉相比具有高效节能、运行费用低等特点。目前国家电力政策鼓励削峰填谷，因此能够充分利用低谷电力的蓄热电锅炉与其他类型锅炉相比较，具有突出的经济效益。
高温承压蓄热电锅炉的原理是采用锅炉内部炉水为蓄热介质，在低谷电价时段，利用电加热器，对完全封闭的炉水进行循环加热蓄热，在峰、平电价时段，通过换热器换热，为用户提供所需的热水。
高温蓄热电锅炉具有运行费用低、蓄热温度高、供热温度恒定、体积小、蓄热量大、安装简便、使用寿命长等优点。
供应新型供热机组
我司蓄热电锅炉分为高温承压蓄热、真空负压蓄热二类，均采用一体化设计。蓄热电锅炉与直供电锅炉相比具有高效节能、运行费用低等特点。目前国家电力政策鼓励削峰填谷，因此能够充分利用低谷电力的蓄热电锅炉与其他类型锅炉相比较，具有突出的经济效益。
高温承压蓄热电锅炉的原理是采用锅炉内部炉水为蓄热介质，在低谷电价时段，利用电加热器，对完全封闭的炉水进行循环加热蓄热，在峰、平电价时段，通过换热器换热，为用户提供所需的热水。
高温蓄热电锅炉具有运行费用低、蓄热温度高、供热温度恒定、体积小、蓄热量大、安装简便、使用寿命长等优点。
电热水锅炉我司常规电阻式热水锅炉采用锅炉控制柜、锅炉本体一体化方式进行设计，具有结构紧凑、安装简便、品质优秀、价格低廉的优点。
除了样本所列的标准产品以外，本公司针对国内外客户的不同需求，还可以定制不同低电压等级，对压力、温度、功率有着特殊要求的非标产品。
电极热水锅炉
ZHPI系列产品是我司的主力产品，锅炉核心部件引进自国外，该产品自问世以来经历了四次更新。先进技术的引进和核心设备的原装进口，确保了该产品国内组装后特殊严谨的品质。
ZHPI电极热水锅炉结构中包含高电阻绝缘的压力容器和三相电级。加热原理是基本三相电中压电流通过设定电导率的炉水释放大量热能从而生产可加以控制和利用的热水。
锅炉功率调整范围是1%-100%.在 10%-100%的范围内可以做到无级调节。
在节能领域，ZHPI电极热水锅炉能够结合大型蓄能设备，在低谷电价时间段把蓄能装置内的热水加温，在高电价时使用。这不单可以节省远行费用，也能够起到平衡电网负荷的作用。
电极锅炉专业厂家
电极结构 篇3
随着航空发动机推重比、燃烧效率、绿色环保等要求的不断提高,燃烧室工作温度大幅上升,火焰筒冷却问题显得越来越突出。浮动壁冷却结构的出现,有效解决了传统火焰筒在高负荷条件下因火焰筒壁温分布不均匀、机械载荷和热负荷引发的疲劳裂纹等问题[1]。浮动壁火焰筒为双层圆环结构,外层为承力部件,内层为承热部件(即浮动壁)。浮动壁由一定数量的浮动瓦片沿圆周方向拼接而成。浮动瓦片为弧面扇形结构,一般选用耐热、耐腐蚀、抗氧化能力好的优质高温合金材料[2],机加工性能差,其表面密集排布着直径1 mm左右的扰流柱和冷却孔,此类群孔结构是浮动壁发挥冷却作用的重要部分。然而,浮动瓦片群孔孔径小、数量大,零件本身结构刚性差,材料难加工等特点[3],给浮动瓦片弧面群孔结构的高效精密加工带来了诸多困难。
电火花加工、激光加工是常用的群孔加工技术[4],通过高温加热使材料熔化气化而蚀除。但在加工表面不可避免地形成再铸层以及热影响区,将影响浮动瓦片在高温高压工作环境下的疲劳寿命。活动模板电解加工技术在难加工材料薄板群孔加工中已有应用,但是对于表面密集排布有扰流柱凸起的浮动瓦片,还存在诸多技术难点。
管电极电解加工(electro chemical drilling,ECD)是使用金属管作为工具阴极借助电化学阳极溶解原理对工件进行孔加工的技术[5],具有不受材料硬度限制、无加工应力、加工表面无重铸层等优点,广泛应用于航空航天制造领域。近年来,国内外学者在提高管电极电解加工稳定性和精度等方面进行了深入的研究。印度理工学院D.S.Bilgi等建立了管电极电解加工的加工间隙预测模型,分析了加工孔径随加工深度变化的规律,并对工艺参数进行了优化[6]。南京航空航天大学朱荻教授等提出采用双极性电极进行管电极电解加工,通过改变侧壁间隙内电场分布,减弱工件侧壁的电流密度,提高了加工精度[7]。朱荻教授还提出阴极平动式电解加工方法,使得工作区域电解液流动更加均匀,消除了气穴以及因圆周方向流场分布不均匀引起的沟槽状溶解、流纹等加工缺陷,孔圆度误差也大大降低[8]。埃及M.S.Hewidy教授等研究发现,合适的阴极平动量可以消除加工中心突起,并给出了突起消除需要满足的几何条件[9]。南京航空航天大学王维等提出抽吸式反流管电极电解加工工艺,电解液在加工间隙内为汇聚收缩流动,较正流供液流场更为稳定,可以得到十分稳定的加工过程[10]。南京航空航天大学房晓龙采用正电位差辅助阳极方法,改善了孔过进给时的电场分布,减小了杂散腐蚀对孔出口精度的影响并显著提高了群孔出口的一致性[11]。哈尔滨工业大学李兆龙采用分段提高电解液压力的方法,促进了深小孔加工电解产物的排出[12]。
采用规则排布的金属管电极作为工具,管电极电解加工可方便实现群孔加工[13]。南京航空航天大学王维对群孔管电极电解加工分流腔进行均流设计,在平面零件上一次加工出20个孔。本文采用群管电极电解加工工艺对浮动瓦片弧面群孔结构进行加工可行性试验,设计专用工具电极、工装,研究弧面群孔管电极电解加工过程中加工电压、电极进给速度、电解液压力等参数对群孔孔径、加工精度的影响,并进行浮动瓦片模拟件加工。
1 群孔管电极电解加工原理及系统
1.1 加工原理
图1是群管电极电解加工的示意图。电解液由供液泵以一定压力输出进入均流分流腔,再经由管电极内部流入电解加工区域,从管电极侧面流出电解加工区域。接通电源后,管电极在计算机控制下以恒定的进给速度相对于工件向下进给,工件不断被蚀除,最终在工件上加工出群孔。
1.2 加工系统
搭建了群管电极电解加工系统,该系统包含机床本体、电源、运动控制系统及电解液循环系统(图2)。电解液循环系统除了保证电解液能以一定恒定压力冲入加工区域,还包含电解液过滤系统,以保证电解液清洁度,过滤精度达到1μm。试验样件为1 mm厚SS304不锈钢弧面薄板,电解液为浓度200 g/L的Na NO3溶液,试验中电解液温度保持在30℃左右。试验用管电极内径为0.6 mm、外径1 mm的不锈钢毛细管,外侧采用电泳绝缘,绝缘层单边厚度约30μm,端部倒角约18°。
群管电极加工弧面群孔示意图如图3。实验中,8根电极同时进给,在弧形零件周向每列一次性加工8个孔。完成1个孔位的加工后,将工件旋转至下一个工位,排管电极上下运动完成加工,如此反复。其中,群电极夹具用于群电极的夹持、导电以及通液。实验采用8电极夹具,通过一对有8个孔的铜夹条将电极固定在夹具上,电极之间距离为5 mm。若需改变孔数或孔间距,更换相应的铜夹条即可。
为了提高加工效率、实现圆弧面零件的自动分度,设计了数控转台。数控转台主要包括:分度盘、伺服电机、密封装置、工装夹具等部分。数控转台装配图如图4所示。加工时,弧形工件通过压板定位在V形夹具体上,V形夹具体的安装由主轴定位,由圆形压板夹紧。工作在垂直面的分度靠分度盘完成,每加工完一排孔,在Labview界面输入所需转动的角度,驱动伺服电机转动,主轴旋转一个孔距,半圆键传递扭矩,使夹具体绕水平轴线旋转。工件通过水平轴线的旋转,就可以保证在弧形表面任何位置加工出合格的孔。
此外,V型块端部可上下调节,从而在一定范围内适应不同半径及长度的弧面工件的加工。
2 试验安排及结果分析
试验旨在探求电化学加工中对加工质量影响较大的工艺参数(加工电压、进给速度以及电解液压力)对弧面群孔(8孔)孔径(平均孔径和孔径一致性)的影响,确定获得高精度、高一致性群孔的最佳参数。试验建立了三因素四水平的因素水平表,不考虑它们之间的交互作用,试验中其他加工参数保持不变。根据以往的加工经验,加工参数的选取如表1所示。
弧形群孔零件加工完毕后利用塞规测量出的具体孔径数据,计算出孔径平均值以及每一组孔径中最大孔径与最小孔径之间的差值,研究加工结果随加工参数的变化趋势。
2.1 进给速度对孔径均值及极差的影响
图5为在20 V电压、0.4 MPa电解液压力下,群孔孔径均值及极差随进给速度的变化情况。可以看出,孔径均值以及孔径极差均随进给速度的增加而减小。
随着阴极进给速度的提高,阴极对阳极电解作用的时间会缩短,阴极进给相同的距离,阳极的溶解产物的量会减少,即小孔加工的区域随着阴极进给速度的增加而减小,从而导致孔径的减小。此外,孔径极差的减小说明加工一致性得到了提高。同时进给速度的提高,使得加工效率提高。因此,通常为了提高加工的效率,需要提高进给速度。
但是,进给速度的提高是有一定限度的,进给速度过大时,会导致加工间隙过小,有产生空穴以及加工产物排除不畅导致短路的可能,当进给速度大于阳极溶解速度时,也会导致短路,造成工件加工区域烧伤,降低成形精度和表面质量。故电极进给速度取0.8 mm/min为宜。
2.2 加工电压对孔径均值及极差的影响
当电极进给速度为0.6 mm/min,电解液压力为0.4 MPa时,群孔孔径均值及极差随电压变化(依次为14 V、16 V、18 V、20 V)的测量结果如图6所示。可以看出,孔径均值随着加工电压的增加有所增加。理论上,在其他参数值不变的情况下,加工电压与电流密度的值成正比,而电流密度直接影响了材料的去除量。当阳极蚀除速率增加时,阴极进给相同的距离,阳极的溶解产物的量会增加,从而导致孔径增大。
此外,随着电压的提高,每一组孔径中最大孔径和最小孔径的差值也依次变大,即群孔的一致性下降了。所以在考虑群孔加工精度的情况下应该尽量减小工作电压。故电压取14 V为宜。
2.3 电解液压力对孔径均值及极差的影响
当电压为20 V,电极进给速度为0.6 mm/min时,群孔孔径均值及极差随电解液压力变化(依次为0.4 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa)的测量结果如图7所示。可以看出,电解液压力对孔径均值影响甚微;而随着电解液压力的增大,孔径极差则会降低,即群孔孔径一致性提高。
试验加工深度只有1 mm,因此电解液压力对加工产物排出的影响还不显著。增大电解液压力,有助于群管电极各支路电解液流速增大,各管电极支路间电解液分配更加均匀,获得更好的材料溶解状态和加工产物排出效果,使得群孔孔径一致性提高。然而,电解液压力过大则会导致空穴及短路现象的增多,大大降低加工稳定性与加工质量。故电解液压力区0.8 MPa为宜。
2.4 浮动瓦片模拟件加工
通过上述试验,获得高精度、高一致性群孔的优化参数组合,即电极进给速度取0.8 mm/min,电压取16 V,电解液压力为0.8 MPa。采用该参数加工的浮动瓦片弧面群孔零件见图8。测得孔径范围为1.251 mm~1.337 mm,达到孔径1.3±0.05 mm的精度要求。
3 结语
1)通过实验,验证了采用群管电极工具及旋转台夹具进行浮动瓦片模拟件弧面零件群孔电解加工的可行性。
2)通过参数实验,研究了进给速度、电压及电解液压力对孔径及孔径极差的影响。可以看出,孔径、孔径极差均随着管电极进给速度的增大而逐渐变小;孔径、孔径极差均随着加工电压的增大而增大;孔径均值受电解液压力影响较小,孔径极差随电解液压力的增大而减小。
电极软断应急救援方案 篇4
宁夏新华冶炼集团有限公司 电极软断安全事故应急救援演练方案
为了确保公司电极软断安全事故应急救援演练工作高效、有序地进行，提高企业应对突发安全事故的能力，最大限度地减轻突发事故所带给公司的损失，保障社会经济全面、协调、可持续发展。特制定了本演练方案。
一、安全事故应急组织机构及职责
为了切实做好应急救援工作，最大限度地减轻安全事故灾害，经公司领导同意特此成立了宁夏新华冶炼集团有限公司安全事故领导小组，在当地政府的统一领导下，组织、协调本企业（公司）的突发安全事故的应急救援工作。组 长：王廷华
副组长：刘平
组 员：刘海斌、马志祥、孟新华、赵静、贾润莲、葛晓燕、余清、刘平、崔希军、胡荣。
安全事故应急救援领导小组下设办公室、灾情调查评估组、抢险救灾组、治安保卫组、疏散安置组、物资供应组。
1、负责公司安全事故应急预案编制，应急措施的落实，并组织演练；
2、对企业生命线工程、重要设施设备抵御地震灾害能力进行检查检测，对薄弱环节进行加固；
3、开展安全事故应急救援知识宣传，提高职工的安全意识及自防自救能力；
4、次生灾害源的防范和加固；
5、制定突发事故时的疏散方案，做好人员疏散路线及场地规划，并适时组织演练；
6、组建抢险救灾队伍，落实抢险救灾人员，储备必需的抢险救灾工具、物资和食品。
二、各工作组及职责
1、办公室 主 任：刘海斌 组 员：马志祥 赵静 葛晓燕 余清
（1）负责企业各项安全事故的应急准备工作检查和落实；（2）传达、贯彻、落实上级部门的决策；按照有关规定，及时向职工公布事故情况等有关信息；
（3）组织、协调各组之间的应急救援工作，做好应急资金及所需物资、装备、设备、器材的调度供应；
（4）围绕电极软断的安全事故救灾和恢复重建工作，开展科学、有效的事故救援宣传活动，及时平息事故谣传或误传；
（5）适时报道事故救援的先进事迹、模范人物，及时把党和政府的指挥意图、应急决策告诉职工，激励企业职工振奋精神，恢复生产；（6）处理领导小组的日常事务，负责上级指挥部人员接待、联络及其他事项。
2、灾情调查评估组
组 长：刘平
副组长：马志祥
成 员：崔希军、孟新华、任国琳、胡 荣、刘海斌、拓守如、赵静
（1）负责对公司设施设备进行详细登记，建立事故预测数据库，为事故评估奠定基础；（2）事故发生后，迅速调查、了解、收集和汇总事故灾情，及时报告地方人民政府安监局和上级主管部门；
（3）组织工程技术人员，按照有关规定，对事故灾害造成的经济损失和人员伤亡进行快速评估，并将评估结果立即向地方人民政府安监局和上级主管部门报告；
（4）负责对恢复生产急需物资品种、数量的汇总和上报工作。
3、抢险救灾组
组 长：崔希军
副组长：刘海斌
成 员：张学明、王志国、李玉霞、高 霞、万文英、刘群成、崔海波、徐建军、拓守如、赵静、施广荣、王发义、李平、芮菊霞、刘桂梅、葛晓燕、余青
（1）制定事故生产安全检修、抢修计划，并组织实施；（2）立即集结抢险救灾人员和器材，迅速开展抢险救灾；（3）按照先人后物的原则，及时抢救受伤的人员；（4）对重大受损工程设备进行排险；
（5）组织保护、抢修主要生产设备，尽快恢复生产；
（6）出现重大火灾、爆炸等次生灾害后，立即组织施救，防止次生灾害蔓延。
4、治安保卫组
组 长：胡荣
组 员：杜志军、李建华、闫国华、侯鹏、王志国、张学明
（1）制定企业安全保卫措施及方案；
（2）突发事故发生后，负责重点部门（部位）的安全保卫保护工作；
（3）维护企业治安，严防各种破坏活动；
（4）迅速检查了解易燃、易爆、有毒物品存储场所受损情况，清除次生灾害隐患；
（5）疏导交通，保证抢险救灾车辆畅通无阻。
5、疏散安置组
组 长：刘海斌
成 员：赵静、拓守如、余青、葛晓燕、贾润莲
（1）制定事故应急救援疏散方案，做好人员疏散路线及场地规划；（2）事故发生后，组织职工按照预定的疏散通道及路线疏散到安全避险场所；
（3）做好死难者的善后工作，妥善安置丧失亲人的孤儿和老人；（4）做好救灾物资的接收、登记、分配和发放，安排好职工及家属的生活。
6、物资供应组
组 长：李建忠
副组长：马凤霞
成 员：芮菊霞、王薇、刘桂梅
（1）负责事故抢险救灾工具、装备、物资和食品、药品储备；（2）负责企业恢复生产抢修、检修所需物资的运输、供运；（3）负责救灾物资的调拨供运和输送。
三、平时应急准备
1、加强领导，健全组织，强化职责，责任到人，落实各项应急措施。
2、充分利用各种手段和渠道进行预防安全事故发生的知识宣传教育，组织职工开展自救互救训练，不断提高广大职工防御突发事故的意识和基本技能。
3、定期修定企业电极软断应急预案，组织领导小组成员学习和熟悉预案、应急工作程序，并适时演练；
4、制定人员疏散方案，确定疏散路线，疏散场地；
5、做好抢险救灾工具、器材、设备的准备，落实数量，明确到人，组织抢险救灾组成员定期进行演练。
6、制定治安管理措施，加强对重点部门、设施、线路的监控及巡视。
四、事故应急反应 接到炉上领导安全事故的预报后，安全事故领导小组成员和各小组负责人应迅速到会议室集结，进入临事故应急状态，做好事故应急的各项准备工作。
1、召开企业安全事故领导小组紧急工作会议，通报震情，安排部署应急措施。
2、向上级安全事故领导机构报告企业事故救灾措施。
3、根据本企业的事故发生动态，宣布临事故应急期的起止时间，根据事故发展趋势决定企业职工的疏散时间及场所。
4、检查企业各部门、各应急救灾小组的应急措施和准备工作的落实情况。
5、强化安全事故知识的宣传教育，防止事故误传和谣传，稳定企业秩序。
6、排查企业重点部位和易发生次生灾害的部位，采取紧急措施和特殊保护措施，检查消防设施。
五、事故后应急对策
事故发生后，企业事故防御领导小组立即转为事故救灾指挥部，企业主要负责人为指挥部指挥长，指挥部全体成员应在30分钟内到企业会议室集中（不做通知），并根据当地有关安全监督部门提供的突发安全事故救灾指挥部的要求，立即组织开展应急救援工作。
1、迅速开展灾情调查，及时掌握灾情、险情及其发展趋势，随时上报地方人民政府和上级主管部门事故救灾指挥部；
2、迅速恢复与外界的通讯联系，随时向上级部门报告企业事故救援的情况，必要时申请外援；
3、迅速组织力量开展抢险救灾, 受伤人员和企业重要设施设备，抢修恢复生产和生活供应的基础设施；
4、采取有效措施排除有害气体泄漏、火灾等险情，防止次生灾害扩展蔓延，以免灾情扩大；
5、组织企业职工开展自救互救，对伤员进行紧急医疗救护，采取有效措施，防止和控制病疫流行；
6、组织职工迅速疏散到安全场地，并提供临时居住点和必要的衣物、食品；
7、做好企业重点部位和重要设备的安全保卫防范工作，防止越轨行为发生；
8、组织开展事故调查和灾害评估，划定安全区建筑和危险区建筑；
9、安排好外援人员的救灾工作，做好救灾物资的接收、登记、发放工作；
10、完成上级安全事故应急救援指挥部下达的救灾任务。
六、附则
本预案由企业安全事故应急救援工作领导小组制定，并负责解释。
安全事故领导小组人员联系方式：
组 长：王廷华 总经理 电话：*** 副组长 ：刘平生产经理 电话：*** 组 员：刘海斌 办公室主任 电话：*** 拓守如 办公室科员 电话：*** 赵 静 办公室科员 电话：*** 崔希军 维修主任 电话：*** 刘平生产经理 电话：*** 胡 荣 电工班长 电话：*** 贾瑞莲 出纳 电话：*** 余 青 会计 电话：*** 葛晓燕 办公室科员 电话：***
宁夏新华冶炼集团有限公司
二0一0年六月二十日
电极结构 篇5
在结构自诊断沥青混凝土的应用中,电阻的检测极为重要,电阻检测的准确与否对沥青路面的服役性能评价至关重要。因此,对于电极的材料、尺寸等相关研究一直没有停止过。如侯作富、李卓球[1]等人研究表明,不锈钢钢丝网作电极时,虽然所测的电阻率要稍高,但其可以与混凝土结合的更紧密。采用不锈钢片作电极时,混凝土被明显分割开。因此,不锈钢丝电极网可以有效改善整个混凝土结构的强度。吴少鹏教授课题组[2,3,4,5]关于导电以及自诊断沥青混凝土的研究,电极材料采用的也是不锈钢丝网,但是并没有对其在自诊断沥青混凝土中对电阻变化的灵敏性方面作一些科学系统的研究。
1试验
1.1原材料
沥青是武汉思立特公路物资有限公司提供的SK-70,70#道路石油沥青,针入度79(0.1 mm),延度39 cm(5 cm/min,10 ℃),软化点46.5 ℃。集料分为1#料(9.5～16 mm)、2#料(4.75～9.5 mm)、3#料(2.36～4.75 mm)、4#料(0～2.36 mm)四档石料均采用石灰岩。矿粉采用石灰岩碱性石料磨细得到的矿粉,亲水系数为0.8,无团状。石墨是由青岛天盛石墨有限公司生产,其中含碳量约为99%,粒径为150 μm以下。碳纤维为鞍山东亚碳纤维有限公司生产的短切沥青基碳纤维,其中含碳量大于90%,长度4～7 mm,抗拉强度1.68 GPa。所选的电极为铁网和不锈钢网,网孔尺寸是36 mm2。不锈钢材料为奥式体304钢,其抗锈蚀、焊接性和塑性好,但强度稍低。具体的参数如表1所示。
1.2方法
采用AC-13级配,以石墨和碳纤维两种物质作为导电相材料,成型时,在马歇尔试件中,植入了不同尺寸的不锈钢丝网和铁网作为电极,分别进行间接拉伸试验,依据标准差值,比较输出的电信号的波动和灵敏性,由此简单得出合适的自诊断沥青混凝土的电阻材料和尺寸。在间接拉伸试验中,通过疲劳模式下的电阻变化规律,记录电阻和位移的变化关系,确定输出电信号的基本形式。
判断试件电阻的波动情况的标准是根据放置不同电极试件所测电阻值的标准差大小来评定的。在数学中,标准差能反映一个数据集的离散程度。一个较大的标准差,代表数值波动较大,大部分数值和平均值之间差异较大,越离散,则越不精确;反之,一个较小的标准差,代表这些数值波动小,更接近平均值。在文中,通过计算各样本所测的电阻的波动情况,即所测试件的电阻率的标准差越大,说明此电极波动性越大,越不稳定,所测数据越不精确;反之,标准差越小,所测数据越精确,电极越稳定。
测试电阻时采用两极法,每组测试有6个试件。对于没有电极的空白样品,采用两个不锈钢圆柱,锡焊接铜导线,电极与试件间用石墨粉填满粗糙表面,不锈钢圆柱重量相当于施加了一定的压力,改善电极与试件接触界面,减少接触电阻造成的试验误差。
2结果与讨论
2.1间接拉伸试验
由图1可以看出,试件在间接拉伸过程中电阻随时间的变化可以明显分为3个阶段。刚开始加载后试件电阻大幅度的减小,且时间很短。这是由于受到荷载的作用,使混合料内部的接触变得紧密,从而形成了更多的导电通路,电信号的变化则表现为试件的输出电阻率急剧下降;随后是电阻变化不太明显的平稳阶段,电阻几乎没有什么变化,此过程占整个间接拉伸过程的大部分。这是由于试件内部开始形成微裂缝,但在试件内部同时还存在一个压力的作用影响。压密作用会使试件的电阻降低,存在于试件内部的裂缝会使试件的输出电阻增高,但在此阶段由于压密作用所引起的电阻率的减小超过了试件开裂形成裂缝使电阻率增大带来的影响,所以在此阶段中电阻依然会缓慢下降,但是变化幅度很小,几乎处于稳定状态;最后是电阻上升过程,此过程时间比较短暂。这是由于荷载的作用,沥青混凝土试件内部的微细裂缝会逐渐发展变大,裂缝则会连接在一起,并随着加载的持续会逐渐壮大,至此导致的最终结果将会是马歇尔试件的断裂破坏,而由于存在于试件内部的大裂缝阻碍其内部的导电通路的原因,则会使输出的电阻率急剧变大。
2.2不同电极样品电阻率
图2(a)和图2(b)分别显示了不锈钢网和铁网作为电极时,试件的初始电阻。没有植入电极的空白试件的电阻作为标准值参考。在图2中,随着电极尺寸面积的减小,试验的电阻值越来越趋于稳定,接近空白试件的标准值。两种不同材料的电极测试出的电阻都是先减小后增大,这是因为使用网状电极和导电材料的沥青混凝土接触不均匀,有一定的尺寸效应。当电极面积尺寸降低到试件表面积的40% ～ 60%时,测试电阻具有良好的稳定性,与标准值相似。
如图1所示,当试件破坏时,电阻将会出现明显的拐点。因此,还可以对两种不同电极材料的结构自诊断沥青混凝土试件破坏时的电阻稳定性进行比较。图3显示了两种电极制备的试件的电阻与初始电阻的变化趋势相似。但是铁网电极测试得到的结果更为分散。随着电极面积尺寸的减小,当电极面积尺寸降低到试件表面积60%时,电阻比较稳定。
2.3不同电极尺寸电阻率变异系数
图4显示了不同电极材料制备的试件在不同阶段测试电阻的变异系数。在图4(a)中,试验初始阶段,试件电阻的变异系数呈抛物线型,先减小后增大。当电极的面积减小到试件表面积的40%时,电阻的变异系数分别为5.5%和5.4%,表明测试的电阻值最为稳定。在图4(b)中,试验破坏阶段,不锈钢网电极的试件电阻的变异系数波动比较明显,而铁网电极的试件测试电阻的变异趋于减小,逐渐稳定,但是铁网电极的试件电阻的离散性要大于不锈钢网电极的试件。这是由于铁网和不锈钢网的内在电阻造成的。
因此,从电阻的稳定性及电极材料的成本角度看,不锈钢网作为电极优于铁网。当电极尺寸减少到试件表面积的40% ～ 60%时,测试电阻更加稳定。
3结论
a.在间接拉伸试验条件下,自诊断沥青混凝土对内部损伤具有良好的自诊断能力。其电阻随自诊断沥青混凝土内部结构的变化可以分为三个阶段,即电阻迅速下降——缓慢下降——突变。
b.在间接拉伸试验条件下,当以铁网作为电极时,自诊断沥青混凝土的输出电阻比以不锈钢网做电极时的波动性大。
c.在间接拉伸试验条件下,当电极尺寸为横截面积的40%～60%时,所测得自诊断沥青混凝土的输出电阻率最为稳定。
参考文献
[1]侯作富,李卓球,王建军.电极对碳纤维导电发热混凝土性能的影响[J].武汉理工大学学报,2006,28(9):45-47.
[2]Xiaoming Liu,Shaopeng Wu.Research on the Conductive Asphalt Concrete’s Piezoresistivity Effect and Its Mechanism[J].Construction and Building Materials,2009(23):2752.
[3]Xiaoming Liu,Shaopeng Wu.Study on the Graphite and Carbon Fiber Modified Asphalt Concrete[J].Construction andBuilding Materials,2011,25:1807.
[4]Xiaoming Liu,Shaopeng Wu,Qunshan Ye,et al.Properties Evaluation of Asphalt-based Composites with Graphite andMine Powders[J].Construction and Building Materials,2008,22:121.
电极结构 篇6
Senoh等研究稀土基和La-Mg-Ni系AB5型贮氢电极时发现[7,8,9,10,11], Mo以及MoNi4具有较好的表面催化活性以及电催化能力, 能够有效提高电极合金在电解液中的电化学反应活性, 改善合金的高倍率放电性能, 循环稳定性等电化学性能。Zhang等[12]在研究AB3型La0.7Mg0.3Ni3-x (Al0.5Mo0.5) (x=0~0.5, 原子分数/%, 下同) 合金发现, Mo的添加能有效提高合金的高倍率放电性能以及低温放电性能, 改善合金循环初期放电特性。Chai等[13]研究La-Mg-Ni系A2B7型贮氢电极合金发现, Mo的添加能增大H原子在合金中的扩散系数D, 从而改善合金的高倍率放电性能。
本工作利用Mo对A2B7型La0.75Mg0.25Ni3.5贮氢电极合金的Ni进行部分替换, 揭示Mo的引入对La0.75Mg0.25Ni3.5-xMox (x=0~0.5) 贮氢电极合金的相结构以及电化学性能的影响。
1 实验
1.1 样品制备
原料:镁, 镍, 镧, 钼 (惠州高纯稀有金属材料有限公司) , 纯度≥99.9%;泡沫镍网 (长沙力圆新材料有限公司, 孔隙率≥95%) ;KOH (南京化学试剂有限公司, AR级) 。
实验前首先将金属表面的氧化皮及杂质用砂轮机仔细打磨除去。考虑到各组分之间熔点的差异性及La, Mg在高温时的易挥发性和易烧蚀性, 实验过程中将La, Mg放置于坩埚底部, 不易挥发烧蚀的Ni等覆盖其上, 并且采用加入4% (质量分数, 下同) 过量的La和12%过量的Mg的方法来降低烧蚀造成的不利因素[5]。为保证合金的成分均一性, La0.75Mg0.25-Ni3.5-xMox (x=0~0.5) 合金在0.02MPa的高纯Ar (99.99%) 保护下进行高频感应熔炼3遍后浇注水冷铜模坩埚制得。
1.2 测试与表征
选取部分铸态合金在氩气保护下用玛瑙研钵研磨至400目以下制成粉末样品, 并用Brucker AXS D8-Advence型X射线衍射仪分析测试合金相结构和组成。衍射仪功率为40kV×60mA, Cu靶Ka辐射, 连续扫描采样, 扫描步长为0.02° (2θ) , 2θ范围为10~100°, 扫描速率为2 (°) /min。
将小于400目的合金粉末和电解镍粉按照1∶4混合均匀后, 在16MPa压力下冷压成型为的试样作为负极使用, 如图1所示。正极采用容量过剩的烧结Ni (OH) 2/NiOOH电极, 参比电极为Hg/HgO电极, 电解液为6mol/L的KOH溶液, 电极系统置于298K下电热恒温水浴槽中。电化学充放电特性和循环寿命测试在Land-BT1-10电池程控测试仪上进行, 计算机自动监控和采集数据。电化学性能具体参数确定方法如下:
(1) 充放电活化性能 (N) :充放电流密度为100mA/g, 充电时间5h, 静置10min后开始放电, 放电截止电位为-0.06V (相对参比电极Hg/HgO) 。放电比容量达到最大值即Cmax, 对应的循环次数便是活化性能N。
(2) 充放电循环性能 (Sn) :充放电流密度为100mA/g, 充电5h, 静置10min后开始放电, 放电截止电位为-0.06V (相对参比电极Hg/HgO) 。合金的循环稳定性用放电比容量保持率Sn表征, 即Sn=Cn/Cmax×100%, 其中Cmax为合金电极的最大放电比容量, Cn为电极第n次循环所对应的放电比容量, n一般取100。
(3) 高倍率放电 (High Rate Discharge, HRD) 性能:充放电流密度分别为300, 600, 900mA/g, 放电截止电位为-0.06V (参比Hg/HgO电极) [9], HRD=Cd/ (Cd+C1000) ×100%, Cd为以电流密度Id放电至截止电位时所对应的放电比容量, C1000为以Id的电流密度放完电后, 再以I=1000mA/g放电至截止电压时所对应的残余放电比容量。
(4) 交流阻抗 (Electrochemical Impedance Spectra, EIS) :待合金完全活化后, 以100mA/g电流对电极满充, 静置10min后再以100mA/g电流进行放电, 放电深度为50%, 待电位稳定后, 使用CHI600A电化学工作站进行电极合金的交流阻抗测试。
2 结果与讨论
2.1 晶体结构
图2为La0.75Mg0.25Ni3.5-xMox (x=0~0.5) 电极合金相结构的XRD谱。从图2可以看出, 合金具有的多相结构主要是由Ce2Ni7型结构的La2Ni7相和CaCu5型结构的LaNi5相构成;当Mo的加入量达到0.3% (原子分数) 时, 合金中逐渐出现MoNi4新相, 合金的晶体结构由原来的两相结构转变成三相结构。
表1是根据XRD结果用Fullprof分析软件计算得到的合金晶格点阵参数及相含量。可以看出, 随着Mo的引入, 合金晶胞点阵参数a轴、c轴及体积V随之线性增大;CaCu5型结构的LaNi5相含量增大, 而Ce2Ni7型结构的La2Ni7相含量减少。这主要是由于Mo原子半径 (0.140nm) 大于Ni的原子半径 (0.124nm) , Mo原子取代了Ni原子后占据了Ni的空间位置, 增大了晶体的晶格点阵畸变程度, 最终导致晶体点阵常数的线性增大。
2.2 电化学性能
2.2.1 活化性能与最大放电比容量
图3为La0.75Mg0.25Ni3.5-xMox (x=0~0.5) 电极合金的电化学活化性能曲线。可以看出, 随着Mo含量的增加, 合金的活化性能没有发生明显的改变, 合金经过4次的充放电过程后基本都能够达到活化状态, 说明合金具有良好的电化学活化性能;而合金的最大放电比容量Cmax逐渐降低, 最大放电比容量Cmax由391.23mAh/g (x=0) 降低至356.82mAh/g (x=0.5) , 说明Mo的添加会在一定程度上降低合金的最大放电比容量。
合金的活化性能主要取决于H原子的扩散能力。由于合金具有的多相结构, 存在大量的La2Ni7相和LaNi5相界面, 使得合金相界面处具有较大的晶格畸变与应变能, 降低了原子在该区域扩散迁移时所需的激活能, 故氢原子在相界面处就容易越过能垒而发生扩散与迁移, 合金表现出较好的活化性能。
合金最大放电比容量与其晶体结构、相组成、晶粒尺寸、成分均匀性有关。随着Mo含量的增加, 合金中的LaNi5相含量不断增加, 而La2Ni7相含量不断降低;由于La2Ni7相的贮氢能力 (氢化物含氢量为1.43%, 质量分数, 下同) 要大于LaNi5相 (氢化物含氢量为1.4%) , 导致合金放电容量的略微下降。由此可知, Mo对Ni的部分替换会使合金的最大放电比容量Cmax略微下降。
2.2.2 高倍率放电性能
图4为La0.75Mg0.25Ni3.5-xMox (x=0~0.5) 电极合金分别在电流密度为300, 600, 900mA/g条件下测得的高倍率放电性能曲线。
从图4可以看出, 所有合金的HRD都会随着电流密度增大而有一定的下降;而在给定的已知电流密度条件下, 合金的HRD随着Mo含量的增大而增大, 说明合金的高倍率放电性能得到改善。其中, I=900mA/g时, 当Mo含量由0%增大到0.5%时, 合金的HRD由原来的82.58% (x=0) 增加到86.72% (x=0.5) 。
根据文献[12-14]的研究结果, 合金的高倍率放电性能主要取决于合金表面的电化学反应速率以及合金颗粒内部氢的扩散系数。随着Mo的不断替换, 合金的相组成与结构发生变化。首先, Mo的加入造成合金中逐渐出现了MoNi4新相。Sakai等[15]研究发现, MoNi4具有较好的表面催化活性以及电催化能力, 可以降低合金在放电过程中的极化电阻, 减少了合金表面电荷迁移阻力, 致使合金的电荷反应速率较未替换的合金反应速率有很大的提升;其次, 既是吸氢相又是催化相的LaNi5含量在不断地增加, 很好地协调和促进了La2Ni7相的吸放氢过程, 增大了合金整体的吸放氢反应速率, 利于H的扩散与迁移。正是这两方面的因素共同作用下, 合金的HRD有了一定的提高。所以, Mo的替换有利于提高合金的反应动力学。
图5为La0.75Mg0.25Ni3.5-xMox (x=0~0.5) 电极合金电化学阻抗谱。图5中的斜线代表Warburg扩散阻抗, 表征氢扩散系数D的大小;低频半圆区 (大圆部分) 代表电极合金表面电化学反应电荷转移阻抗, 表征合金电化学反应速率的快慢;高频半圆区 (小圆部分) 代表电极合金与集电极间的接触阻抗[14]。
从图5中可以看出, 随着Mo含量的增加, 电极合金的高频半圆半径基本不变, 说明合金的制备方法和过程一致, 接触阻抗基本相同;而低频半圆半径逐渐减小, 反映出电极合金的电化学反应阻抗不断减少, 说明电极合金的电化学反应变得容易发生。这与图4得到的高倍率放电性能变化趋势相吻合。
2.2.3 循环稳定性
图6为La0.75Mg0.25Ni3.5-xMox (x=0~0.5) 电极合金循环稳定性能曲线, 可以看出, 随着Mo含量的增加, 合金的循环稳定性能呈现先增加后减小的变化趋势, S100先由72.14% (x=0) 增大至76.61% (x=0.3) 随后减至75.86% (x=0.5) , x=0.3时合金循环稳定性能最好, S100达到76.61%。
在循环初期, 由于合金的吸放氢作用导致合金迅速粉化, 具有高催化活性的新表面的不断露出和表面积的增加显著增大了合金表面电化学催化活性, 表现为合金电化学反应阻抗降低。到了循环中后期, 合金表面的La, Mg等元素受到KOH电解液的氧化腐蚀从而形成的腐蚀产物不断地沉积在合金表面, 显著降低了合金电化学反应活性, 表现为合金电化学阻抗增加。正是吸氢粉化与氧化腐蚀共同作用致使合金的电化学阻抗值随循环次数增加而呈现如图7所示的先减小后增大的抛物线变化趋势。
当Mo原子分数小于0.3%时, 由于Mo的原子半径大于Ni的原子半径, 增大了合金晶胞中的间隙体积, 从而减弱了氢原子进出晶格点阵时的畸变作用, 使得合金体积膨胀率ΔV/V明显减少, 抑制了一定的合金粉化, 电极反应活性受到抑制, 如图7中Ⅰ区所示, 表现为较大的电化学反应阻抗值, 反映了较好的抗粉化能力;另一方面, 适当的Mo的替换造成合金相组成结构发生变化, 循环稳定性较好的LaNi5相含量增加, 循环稳定性能较差的La2Ni7相含量减少, 如图7中Ⅱ区所示, 较小的电化学阻抗值反映了合金较好的抗腐蚀氧化能力。
当Mo原子分数超过0.3%, 继续增加至0.5%时, 合金中有催化活性的MoNi4含量进一步增大, 合金的电化学催化活性与吸放氢反应速率明显提高, 造成晶胞体积膨胀作用增加, 合金的粉化程度相比于替换量为0.3%时的要大, 这恰好与图7中所示不同Mo含量合金阻抗变化趋势相一致, 此时合金的循环性能较Mo原子分数为0.3%时有一定的下降。由此可知, Mo的替换引起合金的相组成结构的变化正是合金循环稳定性能变化的主要原因。
3 结论
(1) 在La0.75Mg0.25Ni3.5-xMox (x=0~0.5) 合金中引入Mo促进生成MoNi4相, 增大合金中CaCu5型LaNi5的相对量。
(2) 随Mo含量增加, 合金中La2Ni7相以及LaNi5相的晶胞点阵参数a轴和c轴及晶胞体积V单调增大。