中南（贵阳）产业技术研究院有限公司科技成果发布（第七期）|关键技术|冶金|材料|氧化铝|电解槽|研究院|金属

【新材料领域】

一种基于可逆氢致膨胀的设计智能复合结构

1.成果简介

本成果主要是一种基于可逆氢致膨胀的设计智能复合结构，随着信息技术、人工智能、新能源技术的发展和普及，传统材料单一的结构或功能特性越来越难以满足未来技术的需求。智能材料有望在先进传感器、驱动器、智能机器人等许多技术领域得到革命性突破。因此，本成果将钛合金作为执行驱动的“肌肉”装载于构件中，在外界温度和氢气激励下，可引导金属结构件伸长、缩短、弯曲或扭转，从而设计和制备出高载荷、高温、高形变量的智能结构，推动传感器、驱动器、智能机器人等高技术发展。

1.氢致膨胀4D打印结构：对钛基复合材料的氢致膨胀变形及其机理开展研究，验证了氢致膨胀现象及复合结构变形行为。对4D打印成形的棒状试样在吸氢热处理后观察到弯曲变形行为，该试样脱氢热处理后，形状可恢复原状。并且氢致膨胀4D打印变形结构具有变形量大、可调控、形变精度高、可逆性好、耐高温等一系列优势。

2.约束氢致密化：根据“金属氢致膨胀”现象的科学内涵，提出了约束氢致密化的技术原理。将存在残余孔隙的烧结坯被放入约束模具中进行氢处理，钛合金吸氢膨胀使孔隙闭合，然后脱氢处理后坯体密度提升。针对粉末冶金钛烧结制品开展了致密化行为研究，发现约束氢致密化能一次提升烧结钛坯体密度2%-8%，最高可达全致密。处理后制品拉伸强度提升20%以上，延伸率可提高100%。该技术提供了一种高效、低成本的粉末冶金制品全致密化处理技术，具有良好的应用前景。

2.应用前景

本成果基于“金属氢致膨胀”这一原创思路，围绕智能材料、先进粉末冶金材料开展研究，获得了一种能自主感知、自主变形的智能结构，作为高温高强结构件在严苛和复杂条件下应用。成果可应用于航空航天飞行器的智能变形机翼，航天器的可展开机构，智能机器人的驱动机构等。同时，成果有望开发一种金属致密化、连接、修复新方法，用于粉末冶金材料、带缩孔的铸锭的致密化处理和异型金属的连接，具有较好的应用意义。

3.成熟度

中试

4.成果展示

图1 氢致膨胀复合结构变形示意图

图2 约束氢致密化原理图

5.知识产权

序号

编号

名称

CN201910195677.8

一种利用金属吸氢膨胀促进金属坯体致密化的方法

CN201911282262.0

一种利用氢致膨胀效应的可调变形复合结构及其制备

方法和应用

CN201910185611.0

一种吸氢膨胀物质与其他材料的复合方法

CN201811418893.6

一种纳米镁基储氢合金粉末的应用

CN201811490750.6

一种利用含钛物质吸氢膨胀促进坯体致密化的方法

CN201910186205.6

一种钛及钛合金近净成形方法及后续烧结工艺

CN201910185605.5

一种钛及钛合金表面硬化以及表面功能化处理工艺

CN201910195677.8

一种利用金属吸氢膨胀促进金属坯体致密化的方法

CN201711045857.5

一种金属氢化物储热介质及其制备方法

CN201710324860.4

一种钛基复合材料及其制备方法

CN201510556392.4

一种Mg-Ti储氢合金粉及其制备方法

【生物医药领域】

锡中卟啉在制备地中海贫血治疗药物中的应用

1.成果简介

本成果首创性发现了锡中卟啉的新用途，具体为锡中卟啉在制备地中海贫血治疗药物中的应用，属于医药技术领域。

地中海贫血是世界范围内最常见的血红蛋白遗传疾病之一，其致病机制主要是α或β珠蛋白基因突变，使得红细胞内α/β珠蛋白链不平衡发生沉积，造成红细胞膜结构不稳定，易破碎。目前地贫患者治疗手段主要包括输血祛铁联合治疗、脾脏切除治疗、骨髓移植治疗及基因治疗，但上述治疗手段均存在一定缺陷，如费用昂贵、副作用大、技术难度高或具有巨大潜在风险。

成果经过大量地贫小鼠模型体内实验证实，经锡中卟啉治疗后，地贫小鼠无效造血、贫血和铁超载问题均得到了有效缓解，脾脏肿大显著改善。同时治疗中无明显毒副作用，治疗实施方便，高剂量治疗之后，只需低剂量维持即可保持疗效。

2.应用前景

锡中卟啉曾被报道用于婴幼儿黄疸治疗，无明显副作用。目前尚未有将锡中卟啉用于地中海贫血治疗的相关报道，本成果有望开发出地中海贫血治疗的新药物，解决传统治疗手段存在的问题，为地贫患者带来福音，临床应用价值巨大。

3.成熟度

动物实验

4.成果展示

图3 锡中卟啉显著降低地贫小鼠外周血红细胞内的α珠蛋白沉积

图4 锡中卟啉显著改善地贫小鼠外周血贫血指标

图5 锡中卟啉显著改善地贫小鼠脾肿大

5.知识产权

序号

编号

名称

CN202110063002.5

锡中卟啉在制备地中海贫血治疗药物中的应用

CN202110068477.3

HSP70作为检测地中海贫血的分子标记物及其在制备诊断试剂盒中的应用

【高端制造领域】

富 Li/K 氧化铝原料的大型槽

高效节能铝电解技术开发与应用

1.成果简介

成果面向铝电解槽大型化与智能化发展需求，针对国产氧化铝原料高效节能铝电解生产的行业难题，系统研究了富Li/K铝电解质熔盐物理化学性质、大型铝电解槽多相多场流体动力学，以及氧化铝原料溶解输运过程，研发了无油润滑可控行程的智能打壳气缸和氧化铝浓度快响应按需下料智慧控制系统，实现了大型铝电解槽的氧化铝浓度快响应、按需精准下料。

揭示了LiF和KF含量对铝电解质熔盐物理化学性质的影响规律，明晰了采用国产富Li/K氧化铝原料时铝电解质熔体物理化学性质变化特征，为铝电解槽工艺控制与优化提供了理论指导；揭示了大型铝电解槽多相多场耦合流体动力学特征及氧化铝浓度分布规律，明晰了电解质大漩涡流动对氧化铝输运与分布的关键作用，为铝电解槽打壳下料系统优化设计提供了理论指导；发明了无油润滑行程可控的智能打壳气缸及铝电解槽多层级精准打壳下料系统，通过独特结构设计、材质选择与光电感应闭环控制，使打壳气缸在无油润滑条件下实现打壳行程的长期有效控制，从而实现铝电解槽多层级精准打壳下料，为铝电解槽高效稳定运行提供了可靠硬件保障；研发出铝电解槽氧化铝浓度快响应按需下料智慧控制系统，通过铝电解槽下料设定间隔(NB）动态自整定算法开发，结合分区域、多层级精准打壳下料系统，实现了基于电解质“吃料”能力变化的快速响应按需下料，为大型铝电解槽采用国产富Li/K氧化铝原料实现高效稳定运行提供了技术支撑。

2.应用前景

成果实现了相关企业增产节能、降低劳动强度和减少温室气体排放的显著经济社会效益，对推动电解铝行业智能化、大型化和可持续发展与节能减排具有重要意义。

3.成熟度

产业化

4.成果展示

图6 智能打壳气缸设计图

图7 单点下料打壳下料控制气路

图8 浓度快速响应按需下料智慧控制系统硬件

5.知识产权

序号

编号

名称

CN201210183387.X

一种铝电解槽氧化铝下料系统

CN201510040756.3

一种铝电解槽氧化铝打壳及下料一体化装置和方法

CN201410417663.3

一种铝电解槽下料器工作状态的诊断方法及系统

CN201310578987.0

一种铝电解槽电压及热平衡的计算方法

CN201310187629.7

一种降低铝液水平电流的铝电解槽侧部导电阴极结构

CN201410629484.6

一种铝电解槽新换阳极快速导电涂层及其涂覆方法

CN201410652070.5

一种降低铝电解阳极气膜电压降的方法

CN201410229280.3

一种含高导电骨架网络的铝电解槽复合阴极结构

CN200910312193.3

一种低温铝电解工艺及电解液

【新能源领域】

一种制备不同形貌锂离子电池高压

正极材料的关键技术

1.成果简介

锂离子电池正极材料一直是锂电研究的最重要的领域。提高锂电池的能量密度与功率密度，将是未来锂电池的基本发展方向。提高锂电池的能量密度与功率密度有两个主要途径：提高电极材料容量或提高电池工作电压，将高电压和高容量结合起来是目前锂离子电池正极材料发展研究的主流方向。目前普遍采用的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂(LiCoO₂）、磷酸铁锂(LiFePO4）、锂钒氧化物(LixV₂O₅）、层状三元材料(LiNiMn,CO1-x-yO₂）等，而这些材料的工作截止电压普遍在4.5V以下。而近些年研究的尖晶石型正极材料(LiMn₂O₄）相比于目前商业化的LiCoO₂、层状三元材料具有明显的优势，在其基础上发展而来的尖晶石锰酸锂LiMn₂O4、镍锰酸锂LiNio.5Mn1.₅O4具有4.4—4.7V的工作电压平台，但该材料也存在不足，如容量保持率偏低、循环性能有待提高等。因此仍需对材料进行更深入的研究，进行性能的提升和制备方法的改进。

针对现有技术存在的问题，开发了一种制备不同形貌锂离子电池高压正极材料的关键技术。该技术可有效提高材料的形貌，从而有效减缓充放电过程中材料体积变化，减小材料崩塌，提高材料的稳定性，延长材料的循环寿命；所制备的材料结构稳定性好，循环性能与倍率性能大幅提高；产品纯度高，无杂质且一致性好。

2.应用前景

与传统技术相比，本技术工艺简单，便于操作，成本低，便于工业化生产，具有良好的应用推广价值。

3.成熟度

小试

4.知识产权

序号

编号

名称

CN201710103349.1

一种5V锂离子电池正极材料及其制备方法、一种锂离子
电池

CN201810395136.5

一种岩盐型锂离子电池正极材料的制备方法、锂离子电池正极材料及应用

CN201810449505.4

一种不同形貌锂离子电池高压正极材料的制备方法

CN201810710075.7

一种热电池用单相正极材料及其制备方法、应用

CN202010916078.3

五氧化二钒/rGO包覆镍钴锰酸锂正极材料及制备方法

合作对接方式

有意向的合作方请联系：

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邮箱：lx60272001@163.com

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中南（贵州）贵阳贵安产业技术研究院于2024年7月20日正式成立，依托中南大学科技创新优势和贵州贵阳贵安的资源优势，聚焦新材料、新能源、先进装备制造、大数据、生物医药等领域，致力于科技攻关、人才培养、成果转化和产业孵化。研究院通过“一院一园一基地”的模式，构建起科技攻关-成果转化-产品孵化-商业化-产业化的完整链条，加速科技成果落地，打造国内一流的科技成果转化平台和科技企业孵化基地。研究院通过中南大学科研成果引进机制、贵阳贵安企业技术需求匹配机制、省外和校外企业资源引入机制、国家级省级项目资源导入机制“四大机制”，实现企业、政府、学校、专家、研究院和社会参与方的“六方共赢”，为贵州“富矿精开”战略和经济社会高质量发展注入新动能。

来源/中南贵州产业技术研究院

编辑/刘婷责编/杨青青审核/邝亚航终审/谢涛