CN117822058A - 一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，包括阳极托板、与阳极托板顶端固定连接的旋转主轴以及与阳极托板底端连接的阳极，阳极包括若干阳极篮和位于阳极篮内的阳极棒，阳极篮外壁上安装有若干陶瓷刮刀，阳极***套装有阴极筒，阴极筒底端连接有收集篮，旋转主轴上端连接有密封板，密封板底端螺接有连接筒，连接筒底端与阴极筒顶端螺接。本发明的电极组件通过将乏燃料熔盐电解装置设计为一体化电极组件，能根据实际需求灵活安装，使电极间距缩短，电场均匀分布，利用旋转主轴带动阳极旋转，代替传统搅拌桨，通过在阳极篮外壁安装陶瓷刮刀，用于刮除还原产物，降低了设备故障率，实现了乏燃料高效熔盐电解。
Description
技术领域
本发明属于电化学冶金技术领域，具体涉及一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件。
背景技术
电化学冶金是一种利用电化学反应来提取金属的方法，相较于传统的湿法冶金，该方法具有效率高、成本低，产物纯度高等优势。因此，电化学冶金被广泛用于镁、铝、钛、镍、稀土等金属的熔炼、提纯。基于上述优势，电化学冶金技术也被美、俄、日、韩等国用于核电站卸载乏燃料的电解提取回收。
在现有的乏燃料熔盐电解装置中，乏燃料从阳极篮中熔解后进入熔盐，在阴极被还原。该过程阳极与阴极的间距较远，电场分布不均，回收的金属易发生偏聚与塞积，造成电极间短路。为提高熔盐电解效率，现有技术在熔盐电解装置中增加搅拌桨设计，加速熔盐传质。但搅拌桨结构的增加提高了设备故障率，尤其是与高温腐蚀性熔盐、乏燃料接触后的设备零部件具有高放射性，维修与处置困难。如何实现简化设计结构，高效熔盐电解，降低设备故障率，是乏燃料熔盐电解装备结构设计的难点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件。该电极组件通过将熔盐电解装置设计连接为圆柱状的一体化电极组件，使电极间距缩短，电场均匀分布，能够根据实际需求灵活安装，同时利用旋转主轴带动阳极旋转，代替传统搅拌桨，加速熔盐传质，通过在阳极篮外壁安装陶瓷刮刀用于刮除还原产物，解决了现有乏燃料熔盐电解装置结构分散，电场分布不均，熔盐电解效率低以及设备故障率高的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，包括阳极托板、与阳极托板顶端固定连接的旋转主轴以及与阳极托板底端连接的阳极，所述阳极包括若干阳极篮和位于阳极篮内的阳极棒，所述阳极篮外壁上安装有若干陶瓷刮刀，所述阳极***套装有阴极筒，所述阴极筒底端连接有收集篮，所述旋转主轴上端连接有密封板，所述密封板底端螺接有连接筒，所述连接筒底端与阴极筒顶端螺接。
上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述所述旋转主轴通过磁性联轴器贯穿连接在密封板中心。
上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述密封板边缘开设有台阶，所述台阶底端开设有环形密封槽，所述环形密封槽内嵌有金属密封圈，所述环形密封槽与金属密封圈间填充有高温填缝剂，所述密封板底端设有凹槽，所述凹槽内设有内螺纹。
上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阳极托板底端设有若干第一滑槽和若干螺纹孔，所述第一滑槽为若干同心双C形结构，所述第一滑槽底端开设有若干第一槽口。
上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阳极棒置于阳极篮内部，所述阳极棒上端设有螺纹棒，所述螺纹棒用于螺接阳极托板。
上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阳极棒横截面为扇形，所述阳极篮为扇形盒状结构，所述阳极篮顶端设有滑轨，用于与第一滑槽连接，所述阳极篮外壁开设有若干T形槽及若干微孔，所述T形槽内安装有陶瓷刮刀。
上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阴极筒为由外筒和内筒组成的两个同心圆筒结构，所述外筒顶端四周边缘设有若干上凸台，底端四周边缘设有若干下凸台，所述内筒底端四周边缘设有若干内筒凸台。
上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述连接筒表面绝缘，所述连接筒顶端开设有外螺纹，所述连接筒底端设置有第二滑槽，用于连接上凸台，所述第二滑槽为圆环状，所述第二滑槽底端开设有若干第二槽口。
上述的一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述收集篮下部设有若干通孔，所述收集篮上端开设有第三滑槽，用于连接下凸台和内筒凸台，所述第三滑槽为两个同心圆环状，所述第三滑槽顶面开设有若干第三槽口。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过将乏燃料熔盐电解装置设计为圆柱状的一体化电极组件，使一体化电极组件能够根据实际需求灵活安装，便于维护安装，通过将阳极置于阴极筒内部，缩短电极间距，提高电解效率，通过将若干阳极棒和若干阳极篮设置为扇形结构，将阴极筒设置为外筒和内筒的两个同心圆筒结构，阳极与阴极相互配合，使得熔盐电解过程中一体化电极组件内电场均匀分布，实现了乏燃料高效熔盐电解。
2、本发明通过设置旋转主轴，利用旋转主轴带动阳极旋转，代替传统搅拌桨设计，加速熔盐传质，降低了设备故障率。
3、本发明通过在阳极篮外壁安装陶瓷刮刀，使阳极篮旋转时带动陶瓷刮刀旋转，当阴极筒内壁附着的还原产物到达一定厚度，陶瓷刮刀在旋转过程中刮除还原产物，避免还原产物持续呈树枝状生长，连接阴极和阳极造成一体化电极组件短路。
4、本发明通过将阳极篮、阴极筒以及收集篮在一体化电极组件结构中设计为滑槽连接，由于阳极篮、阴极筒以及收集篮表面会附着熔盐，采用螺纹连接容易卡死，同时阳极篮内部的乏燃料具有放射性，无法进行人工拆装，采用滑槽连接的方式，便于机械臂对阳极篮、阴极筒以及收集篮进行拆装。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明乏燃料熔盐电解一体化电极组件的结构示意图。
图2为图1中B-B剖面图。
图3为图1中A处放大图。
图4为本发明乏燃料熔盐电解一体化电极组件中连接筒的底面结构示意图。
图5为本发明乏燃料熔盐电解一体化电极组件中阳极托板的底面结构示意图。
图6为本发明乏燃料熔盐电解一体化电极组件中阳极棒的结构示意图。
图7为本发明乏燃料熔盐电解一体化电极组件中阳极棒的俯视图。
图8为本发明乏燃料熔盐电解一体化电极组件中阳极篮的结构示意图。
图9为本发明乏燃料熔盐电解一体化电极组件中阳极篮的俯视图。
图10为本发明乏燃料熔盐电解一体化电极组件中阴极筒的竖向剖面图。
图11为本发明乏燃料熔盐电解一体化电极组件中阴极筒的底面结构示意图。
图12为本发明乏燃料熔盐电解一体化电极组件中收集篮的俯视图。
附图标记说明：
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示，本实施例的乏燃料熔盐电解一体化电极组件包括阳极托板4、与阳极托板4顶端固定连接的旋转主轴2以及与阳极托板4底端连接的阳极，所述阳极包括若干阳极篮6和位于阳极篮6内的阳极棒5，所述阳极篮6外壁上安装有若干陶瓷刮刀9，所述阳极***套装有阴极筒7，所述阴极筒7底端连接有收集篮8，所述旋转主轴2上端连接有密封板1，所述密封板1底端螺接有连接筒3，所述连接筒3底端与阴极筒7顶端螺接。
实际使用时，本实施例中通过设置阳极托板4，用于将旋转主轴2与阳极托板4下端的阳极固定连接，使得旋转主轴2能够带动阳极旋转，同时将阳极置于阴极筒7内部，能够缩短阴阳两极间距，提高电解效率，通过设置密封板1将一体化电极组件和外界电解槽密封连接，通过设置连接筒3用于连接密封板1与阴极筒7，通过设置阳极棒5作为一体化电极组件的阳性电极，设置阴极筒7作为一体化电极组件的阴性电极，通过在阳极棒5***套装阳极篮6，用于在阳极棒5和阳极篮6之间装填乏燃料，通过在阳极篮6外壁设置若干陶瓷刮刀9，用于刮取熔盐电解过程中的还原产物；优选地，本实施例中采用销钉固定连接阳极托板4与旋转主轴2。
进一步地，本实施例中，所述旋转主轴2通过磁性联轴器贯穿连接在密封板1中心。
实际使用时，本实施例中通过磁性联轴器将密封板1和旋转主轴2固定连接。
进一步地，如图3所示，本实施例中，所述密封板1边缘开设有台阶1-1，所述台阶1-1底端开设有环形密封槽1-3，所述环形密封槽1-3内嵌有金属密封圈1-5，所述环形密封槽1-3与金属密封圈1-5间填充有高温填缝剂1-6，所述密封板1底端设有凹槽1-2，所述凹槽1-2内设有内螺纹1-4。
实际使用时，本实施例中通过在密封板1边缘开设台阶1-1，用于与外部电解槽之间定位，将一体化电极组件装入外部电解槽时，台阶1-1卡接在外部电解槽顶面，使一体化电极组件悬挂在外部电解槽内，通过在台阶1-1底端开设环形密封槽1-3，将金属密封圈1-5嵌入环形密封槽1-3内以及高温填缝剂1-6填充在环形密封槽1-3与金属密封圈1-5之间，使密封板1与外部电解槽顶面密封，使一体化电极组件装入后，外部电解槽呈密闭状态，通过在密封板1底端的凹槽1-2内设置内螺纹1-4，用于与连接筒3连接。
进一步地，如图5所示，本实施例中，所述阳极托板4底端设有若干第一滑槽4-1和若干螺纹孔4-2，所述第一滑槽4-1为若干同心双C形结构，所述第一滑槽4-1底端开设有若干第一槽口4-3。
实际使用时，本实施例中通过在阳极托板4底端设置第一滑槽4-1用于连接阳极篮6，通过设置在第一滑槽4-1底端的第一槽口4-3用于装卸阳极篮6。
进一步地，如图6所示，本实施例中，所述阳极棒5置于阳极篮6内部，所述阳极棒5上端设有螺纹棒5-1，所述螺纹棒5-1用于螺接阳极托板4。
实际使用时，本实施例中通过在阳极棒5上端设置螺纹棒5-1，用于与螺纹孔4-2螺接，将阳极棒5固定在阳极托板4底端。
进一步地，如图7、图8及图9所示，本实施例中，所述阳极棒5横截面为扇形，所述阳极篮6为扇形盒状结构，所述阳极篮6顶端设有滑轨6-1，用于与第一滑槽4-1连接，所述阳极篮6外壁开设有若干T形槽6-2及若干微孔6-3，所述T形槽6-2用于安装陶瓷刮刀9。
实际使用时，本实施例中通过将阳极篮6设置为扇形盒状结构，阳极棒5的横截面设置为扇形，使得阳极棒5与阳极篮6形状匹配，实现阳极棒5与阳极篮6间电场的均匀分布；通过在阳极篮6顶端设置滑轨6-1，将滑轨6-1滑入第一滑槽4-1内，使阳极篮6与阳极托板4连接，安装时将滑轨6-1嵌入第一滑槽4-1底端的第一槽口4-3中，此时逆时针转动阳极篮6，使滑轨6-1沿着第一滑槽4-1滑动，直到滑轨6-1抵接第一滑槽4-1端部，此时阳极篮6悬挂于阳极托板4底端；通过开设在阳极篮6外壁上的若干T形槽6-2用于安装陶瓷刮刀9，通过在阳极篮6外壁上开设若干微孔6-3，使熔盐能够出入阳极篮6，同时阻挡乏燃料离开阳极篮6。
进一步地，如图10和图11所示，本实施例中，所述阴极筒7为由外筒7-1和内筒7-2组成的两个同心圆筒结构，所述外筒7-1顶端四周边缘设有若干上凸台7-3，底端四周边缘设有若干下凸台7-4，所述内筒7-2底端四周边缘设有若干内筒凸台7-5。
实际使用时，本实施例中通过将阴极筒7设置为外筒7-1和内筒7-2，使阳极夹于外筒7-1和内筒7-2之间，阳极与阴极相互配合，使得熔盐电解过程中一体化电极组件内电场均匀分布，提高乏燃料的熔盐电解效率。
进一步地，如图3和图4所示，本实施例中，所述连接筒3表面绝缘，所述连接筒3顶端开设有外螺纹3-1，所述连接筒3底端设置有第二滑槽3-2，用于连接上凸台7-3，所述第二滑槽3-2为圆环状，所述第二滑槽3-2底端开设有若干第二槽口3-3。
实际使用时，本实施例中将连接筒3表面进行绝缘处理，是为了防止一体化电极组件的阳极与阴极之间短路，通过设置在连接筒3顶端的外螺纹3-1与内螺纹1-4连接，使得连接筒3螺接在密封板1底端，通过在连接筒3底端开设第二滑槽3-2以及在第二滑槽3-2底端开设第二槽口3-3，用于与外筒7-1顶端开设的若干上凸台7-3连接，使阴极筒7连接在连接筒3底端；安装时将连接筒3移动至阴极筒7上方，使第二槽口3-3对准外筒7-1顶端的上凸台7-3，向下移动连接筒3，使上凸台7-3嵌入第二槽口3-3内，旋转连接筒3，直至上凸台7-3完全进入第二滑槽3-2内，使得外筒7-1连接在连接筒3底端。
进一步地，如图1和图12所示，本实施例中，所述收集篮8下部设有若干通孔8-1，所述收集篮8上端开设有第三滑槽8-2，用于连接下凸台7-4和内筒凸台7-5，所述第三滑槽8-2为两个同心圆环状，所述第三滑槽8-2顶面开设有若干第三槽口8-3。
实际使用时，本实施例中通过在收集篮8下部设置若干通孔8-1，使熔盐能够穿过通孔8-1流出，回收还原产物时，收集篮8底部仅留下还原产物，熔盐从通孔8-1滤出；通过在收集篮8上端设置第三滑槽8-2和若干第三槽口8-3，将第三滑槽8-2设置为两个同心圆环状，两个同心圆环顶端均开设有若干第三槽口8-3，位于***的第三滑槽8-2和第三槽口8-3对应连接下凸台7-4，位于中心的第三滑槽8-2和第三槽口8-3对应连接内筒凸台7-5，使收集篮8连接在阴极筒7底端；安装时将下凸台7-4和内筒凸台7-5对准收集篮8顶端开设的第三槽口8-3，向下移动外筒7-1和内筒7-2，使下凸台7-4和内筒凸台7-5嵌入第三槽口8-3内，转动外筒7-1和内筒7-2，直至下凸台7-4和内筒凸台7-5完全进入第三滑槽8-2内，此时将阴极筒7底端与收集篮8顶端连接。
本发明的一体化电极组件组装及工作步骤如下：
步骤一、阳极托盘4与阳极棒5连接：将本发明的若干阳极棒5与阳极托盘4，通过阳极棒5上端螺纹棒5-1和阳极托盘4底端螺纹孔4-2固定螺接；
步骤二、阳极篮6与陶瓷刮刀9连接：将陶瓷刮刀9安装进阳极篮6外壁上的T形槽6-2内；
步骤三、阳极篮6与阳极托盘4连接：将乏燃料装入阳极篮6内，移动阳极篮6，使阳极篮6顶端滑轨6-1对准阳极托盘4底端的第一槽口4-3，同时阳极棒5***阳极篮6内部，持续抬高阳极篮6直至滑轨6-1嵌入第一槽口4-3内，此时逆时针转动阳极篮6，使滑轨6-1沿着第一滑槽4-1滑动，直到滑轨6-1抵接第一滑槽4-1端部，使阳极篮6悬挂于阳极托板4底端；
步骤四、阳极托盘4与旋转主轴2连接：将阳极托盘4通过销钉固定连接于旋转主轴2底端；
步骤五、旋转主轴2与密封板1连接：将旋转主轴2上端穿过密封板1中心通过磁性联轴器连接；
步骤六、阴极筒7与收集篮8连接：将阴极筒7的外筒7-1和内筒7-2底端与收集篮8顶端连接，提起外筒7-1和内筒7-2，使下凸台7-4和内筒凸台7-5对准收集篮8顶端开设的第三槽口8-3，向下移动外筒7-1和内筒7-2，使下凸台7-4和内筒凸台7-5嵌入第三槽口8-3内，转动外筒7-1和内筒7-2，使下凸台7-4和内筒凸台7-5进入第三滑槽8-2内，下凸台7-4和内筒凸台7-5不从第三槽口8-3露出，此时收集篮8悬挂于阴极筒7底端；
步骤七、阴极筒与连接筒3连接：将连接筒3移动至阴极筒7上方，使第二槽口3-3对准外筒7-1顶端的上凸台7-3，向下移动连接筒3，使上凸台7-3嵌入第二槽口3-3内，旋转连接筒3，使上凸台7-3进入第二滑槽3-2内，上凸台7-3不从第二槽口3-3露出，此时连接筒3与阴极筒7外筒7-1连接；
步骤八、连接筒3与密封板1连接：将连接筒3与密封板1通过连接筒3顶端的外螺纹3-1和密封板1底端的内螺纹1-4固定螺接，此时阳极托板4置于连接筒3内部，阳极篮6置于阴极筒7内部，完成一体化电极组件的组装；
步骤九、一体化电极组件与外部电源连接：将旋转主轴2与外部阳极电源连接，收集篮8底端与外部阴极电源连接；
步骤十、一体化电极组件与外界电解槽连接：将一体化电极组件放入外界电解槽中，通过一体化电极组件顶端设置的台阶1-1与外界电解槽顶面卡接，使一体化电极组件悬挂在外部电解槽内；
步骤十一、一体化电极组件工作流程：通过旋转主轴2带动阳极托板4、阳极棒5、阳极篮6以及陶瓷刮刀9一起旋转，加速熔盐传质，阳极篮6内的乏燃料在电场作用下进行置换反应，金属离子溶解于熔盐中，通过阳极篮6上开设的微孔6-3流出阳极篮6，在阴极筒7表面被还原，还原产物呈树枝状，会沿着某一个方向一直生长，当还原产物生长到一定厚度，陶瓷刮刀9在旋转过程中将还原产物刮落，进入收集篮8，收集篮8内储存到一定量的还原产物后，从外界电解槽中取出一体化电极组件进行拆卸，取出收集篮8中的还原产物，将新的乏燃料放入阳极篮6，重新组装一体化电极组件进行下一轮工作。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，包括阳极托板（4）、与阳极托板（4）顶端固定连接的旋转主轴（2）以及与阳极托板（4）底端连接的阳极，所述阳极包括若干阳极篮（6）和位于阳极篮（6）内的阳极棒（5），所述阳极篮（6）外壁上安装有若干陶瓷刮刀（9），所述阳极***套装有阴极筒（7），所述阴极筒（7）底端连接有收集篮（8），所述旋转主轴（2）上端连接有密封板（1），所述密封板（1）底端螺接有连接筒（3），所述连接筒（3）底端与阴极筒（7）顶端螺接。
2.根据权利要求1所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述旋转主轴（2）通过磁性联轴器贯穿连接在密封板（1）中心。
3.根据权利要求1所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述密封板（1）边缘开设有台阶（1-1），所述台阶（1-1）底端开设有环形密封槽（1-3），所述环形密封槽（1-3）内嵌有金属密封圈（1-5），所述环形密封槽（1-3）与金属密封圈（1-5）间填充有高温填缝剂（1-6），所述所述密封板（1）底端设有凹槽（1-2），所述凹槽（1-2）内设有内螺纹（1-4）。
4.根据权利要求1所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阳极托板（4）底端设有若干第一滑槽（4-1）和若干螺纹孔（4-2），所述第一滑槽（4-1）为若干同心双C形结构，所述第一滑槽（4-1）底端开设有若干第一槽口（4-3）。
5.根据权利要求1所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阳极棒（5）置于阳极篮（6）内部，所述阳极棒（5）上端设有螺纹棒（5-1），所述螺纹棒（5-1）用于螺接阳极托板（4）。
6.根据权利要求4所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阳极棒（5）横截面为扇形，所述阳极篮（6）为扇形盒状结构，所述阳极篮（6）顶端设有滑轨（6-1），用于与第一滑槽（4-1）连接，所述阳极篮（6）外壁开设有若干T形槽（6-2）及若干微孔（6-3），所述T形槽（6-2）用于安装陶瓷刮刀（9）。
7.根据权利要求1所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述阴极筒（7）为由外筒（7-1）和内筒（7-2）组成的两个同心圆筒结构，所述外筒（7-1）顶端四周边缘设有若干上凸台（7-3），底端四周边缘设有若干下凸台（7-4），所述内筒（7-2）底端四周边缘设有若干内筒凸台（7-5）。
8.根据权利要求7所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述连接筒（3）表面绝缘，所述连接筒（3）顶端开设有外螺纹（3-1），所述连接筒（3）底端设置有第二滑槽（3-2），用于连接上凸台（7-3），所述第二滑槽（3-2）为圆环状，所述第二滑槽（3-2）底端开设有若干第二槽口（3-3）。
9.根据权利要求7所述一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件，其特征在于，所述收集篮（8）下部设有若干通孔（8-1），所述收集篮（8）上端开设有第三滑槽（8-2），用于连接下凸台（7-4）和内筒凸台（7-5），所述第三滑槽（8-2）为两个同心圆环状，所述第三滑槽（8-2）顶面开设有若干第三槽口（8-3）。
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|---|---|---|---|
| CN202410090657.5A CN117822058A (zh) | 2024-01-23 | 2024-01-23 | 一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件 |
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|---|---|---|---|
| CN202410090657.5A CN117822058A (zh) | 2024-01-23 | 2024-01-23 | 一种乏燃料熔盐电解一体化电极组件 |
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| CN117822058A true CN117822058A (zh) | 2024-04-05 |
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ID=90511770
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Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN117822058A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118136909A (zh) * | 2024-05-08 | 2024-06-04 | 西安稀有金属材料研究院有限公司 | 固体氧化物燃料电池电堆及其制备方法、能源*** |
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2024
- 2024-01-23 CN CN202410090657.5A patent/CN117822058A/zh active Pending
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