镁硫电池硫硒化合物正极材料的研究

镁硫电池是较具发展潜力的新型电池,其与锂硫电池相比具有体积能量密度高、安全性好的优点,在航空航天领域具有良好的应用前景。作为正极材料,硫理论比容量高、价格便宜,但导电性能不佳;硒导电性好,但理论比容量较低、价格较贵。制备了兼具两者优点的硫硒化合物(硫硒摩尔比分别为15∶1、1∶1、1∶15),并与微孔碳复合,发现硫硒比为1∶1的硫硒化合物/微孔碳复合正极材料SSe/C表现出最高的循环比容量,在50 mA·g~(-1)电流密度下45次循环后仍然能具有400 mAh·g~(-1)以上的比容量。因此,硫硒化合物是一种较具有潜力的镁硫电池正极材料。     

SAR卫星用能量功率兼顾型锂离子电池研究

未来大功率合成孔径雷达(SAR)卫星的发展对储能电池组提出了轻量化、倍率高及在轨寿命长等要求,而现有的SAR卫星用功率型锂离子电池产品已无法满足未来需求。通过优化正极材料和电池设计,加入功能电解液,在保证电池功率特性的同时,显著提升了电池的能量密度和循环稳定性。本文研制出的新一代能量功率兼顾型锂离子蓄电池,额定容量为25.0 Ah,初期放电比能量达到180.0 Wh·kg~(-1),2 C放电容量为0.2 C容量的91.0%,1 C-100%放电深度(DOD)和2 C-30%DOD循环性能优异,可以满足下一代大功率SAR卫星的供配电需求,且大幅降低了电源系统重量,提高了卫星储能系统的利用率和平台有效载荷能力。     

氮掺杂多孔碳纤维改性锂硫电池正极材料

锂硫电池具有高比能量密度,在航空航天、无人机等电源系统应用方面受到了广泛关注。但是其本身也存在一些问题,如电池正极材料反应前后体积膨胀、导电性差和容量衰减迅速等,这些均限制了其应用推广。本文通过引入氮掺杂多孔碳纤维作为硫正极材料载体来改善其性能。一方面,碳纤维能提供大的反应比表面积和相互交织的导电网络,有效促进了活性材料之间的电化学反应;另一方面,氮原子掺杂和表面孔的存在,增强了对反应中间产物多硫化锂的吸附性,使得电极循环稳定性得到提高。研究结果表明:改性后含硫正极在167.5 mA·g~(-1)电流密度下,初始放电比容量达到1 078.3 mAh·g~(-1),经过100周充放电循环后,容量可保持在525.4 mAh·g~(-1),平均每周容量衰减率为0.5%;当电流密度增大到1 675 mA·g~(-1)时,放电比容量仍可以达到502.3 mAh·g~(-1),表现了良好的循环稳定性和倍率性能。     

以LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2为正极的高功率锂离子蓄电池性能研究

对以LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为正极的高功率锂离子蓄电池性能进行了实验研究。给出了试验的材料和内容。用扫描电镜观察三元活性材料的表面形貌,测定了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的氧化还原电位和比容量,以及ITP30单体性能。结果表明:三元材料的比容量达到170mA·h/g;在高功率放电的条件下放电终压曲线微降,2 154次循环后容量保有量为96.5%;大倍率放电条件下温度上升值也相对较小。     

基于Mn3+浓度和形貌控制的高性能LiNi0.5Mn1.5O4正极材料

为了改善高电压镍锰酸锂(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4)材料的电化学性能,提出利用退火热处理过程调控Mn~(3+)含量和材料形貌来制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料。LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的电性能是材料结构、形貌等多因素影响的结果。退火热处理有助于Mn~(3+)氧化成Mn~(4+),实现Mn~(3+)含量调控。退火后材料的空间结构由Fd3m向P4_332转变,且具有微米级多面体形貌,有效提高了循环稳定性和放电平台。研究表明:700℃退火保温15 h合成的材料在20 C下具有118 mAh·g~(-1)放电比容量,循环100次容量保持率提高到92.8%。因此,通过优化Mn~(3+)含量、控制材料形貌可以实现高性能LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料制备。     

小型SAR卫星用双高特性锂离子电池技术

小型合成孔径雷达(SAR)卫星对储能电池系统提出了轻量化、大功率的要求,现有的SAR卫星用电池难以满足需求,急需开发高能量高功率的锂离子电池。采用兼具容量和功率性能的镍钴铝酸锂(LiNixCoyMnzO2, NCA)作为正极活性材料,高容量中间相炭微球(MCMB)作为负极活性材料,显著提升了电池体系的容量和比能量。通过设计极片的活性物质载量和电解液用量,保证了电池功率性能(≥10 C)的发挥;通过加大电极片面积和极柱尺寸,控制了大倍率放电时电池温升。研制了兼顾高比能和高功率的锂离子电池单体,额定容量20 Ah,1 C放电比能量达到180 Wh.kg^-1,且10 C放电容量相较1 C保持率96.24%,15 C下持续放电比功率超过2 000 W.kg^-1,可以满足下一代轻小型SAR卫星能源供电需求。     

基于吩嗪类分子的锂离子电池性能与储能机理研究

能源是人类社会发展的基石,开发和利用可持续性的清洁能源对于全世界人民的生存和发展尤为重要。可反复充放电的锂离子电池由于其循环寿命长、无记忆效应和适宜的能量密度或者功率密度等优点,在新能源电动汽车、可携带电子器件以及航空航天等领域得到了广泛应用。受具有氧化还原活性的微生物产物启发,开发了基于吩嗪(PHN)活性中心的PHN类化合物正极材料。通过光谱测试深入分析了PHN分子的电化学过程,揭示了PHN分子的储锂机制。最后通过合理的分子工程设计,开发了基于PHN衍生物的2,3-二羟基-1,4-吩嗪二酮正极材料,并展示了2.5 V的高电压和300 mAh/g的高比容量,其比容量超过了现有商业化无机正极材料。本文不仅提供了一种极具竞争力的电化学储能材料,并且对其他有机电极材料的开发和改性具有一定的借鉴意义。     

《固体火箭技术》碳纳米(石墨烯)材料技术专栏征稿启事

正碳纳米(石墨烯)材料作为一种战略性新型材料,因其比表面积大、强度高、导电导热性能优异及透光性高等特点,在轻量化材料、动力电池、电磁屏蔽材料、散热材料等领域具有巨大的应用前景。目前,碳纳米(石墨烯)材料已成为空天推进与动力领域高技术研究与应用的热点,在固体推进剂性能提升与降感、超高温绝热阻燃材料改进、内外防热涂层性能提升、高性能树脂、C/C、Si/C以及有机纤维复合材料在特种环境下性能提升等方面初露锋芒。为展示碳纳米(石墨烯)材料最新研究成果,《固体火箭技术》特别邀请专家组织一期碳纳米(石墨烯)材料在空天推进与动力领域的应用技术专栏,以期推动该材料应用技术水准和应用范围上一新台阶。     

C/SiC材料在模拟空天往返条件下的可重复使用性能评估

针对飞行器空天往返、多次使用的发展需求,以2D C/SiC材料为对象,选择开放大气模拟环境、800 ℃温度条件开展了常/高温拉伸试验、以及常温→高温→降温循环变化历程下拉-拉疲劳的耦合试验,得到不同的力学性能规律,分析了影响材料表面涂层完整性的控制因素及转化点。表明C/SiC材料具有优良的高温静态持续强度性能,但在常-高温循环变化历程下的疲劳性能明显衰减。采用剩余刚度衰减模型,提出了力-热-氧耦合时考虑常-高温循环历程影响因素、以及氧化尺寸效应影响的疲劳剩余性能评估方法。     

一种全复合材料卫星天线承力筒的研制

针对卫星天线承力筒轻质、高轴向模量、低轴向热膨胀的需求,文章开展了承力筒总体成型方案设计、材料基础热力学性能测试及产品试制等工作,并通过了实验考核。结果表明:对于材料的热力学性能,按经纬向比例1︰2编织的M40J炭布层压板在常温下纬向拉伸模量为118GPa,纬向拉伸强度为771MPa;在(?190~150)℃范围内,纬向热膨胀系数为(0.3~1.4)×10?6℃?1,经向热膨胀系数为(0.3~5.3)×10?6℃?1。该复合材料承力筒比铝质承力筒质量减少40%以上。复合材料承力筒经过(?170~120)℃/24h、6.5个循环的高低温循环实验考核,产品无残余变形,内部未出现开裂、分层等现象。     

锂离子电池用正极材料LiNi_(1-x)Co_xO_2的研究

采用高温固相法分别在空气和氧气气氛下合成锂离子电池正极材料LiNi1-xCoxO2 (x =1 ,0 .8,0 .5,0 .2 ,0 ) ,用X射线衍射 (XRD)测定晶格结构和晶胞参数 ,并用CR2 0 2 5扣式电池及 1 8650型电池对材料充放电性能进行测试。试验结果表明 ,随着LiNi1-xCoxO2 中钴含量增加 ,晶胞参数a和c值依次减小 ,晶胞体积收缩。同时烧结气氛对材料结构和电化学性能影响极大 ,氧气气氛有助于LiNi1-xCoxO2 (x >0 )的生成     

影响环形微阴极电弧推力器寿命的因素研究

为了研究影响环形微阴极电弧推力器寿命的因素，首先分析了可能的因素，接着通过试验研究了电流参数对阴阳极间电阻的影响，不同功率下的推力器热性能以及功率大小对绝缘体腐蚀的影响。试验结果表明，为了延长推力器的寿命，需要控制推力器较大的放电电流，使得阴阳极间电阻动态平衡，维持在0.5~10 kΩ；需要选择合适的放电功率，功率阈值应考虑各部件材料的高温承受能力；另外，绝缘体的腐蚀是制约推力器寿命的主要因素，降低放电功率有助于减缓该腐蚀。     

高功率热电池用二硫化钴制备及性能测试

对高温硫化法制备的CoS2的组成、形貌和热稳定性进行了表征，并对其作为正极材料在高功率热电池中的应用进行了测试与研究。热稳定性测试结果表明：CoS2有较高的热稳定性，在温度700℃下保持1h仅分解15．6％；高功率热电池应用研究中发现，电池的稳态比功率可达1690W／kg，脉冲比功率高于4700W／kg。     

单分散钴纳米粒子的制备及其对二硝酰胺铵（ADN）的热分解作用

采用氢电弧等离子体法在惰性气氛中制备了单分散的高纯度纳米Co粉。利用透射电子显微镜(TEM)和相应选区电子衍射(SAED)、比表面吸附仪、X射线衍射(XRD)等手段对样品的粒度、形貌、比表面积、成分进行了表征。将纳米Co粉按不同比例与二硝酰胺铵(ADN)制成复合粒子,并用差热分析(DTA)考察了不同比例的纳米Co粉对ADN的热分解催化作用。结果表明,在ADN中加入纳米Co粉,可使ADN的分解峰温明显降低,比例越大,分解峰温的降低也越多,且表观分解热显著增大,说明纳米Co粉对ADN有较强的催化作用。     

钡钨空心阴极等离子体放电模式实验研究

主要通过实验的手段,系统研究了钡钨空心阴极的等离子体放电特性及其工作模式。实验中,使空心阴极工作在三极管构型下,调节相应的放电参数,详细分析钡钨空心阴极放电特性的变化规律、存在的放电模式及其转化规律。最后得到结论：钡钨空心阴极放电表现为羽毛状、亮斑状和弥漫状等3种典型的工作模式;不同放电模式可以用放电电流、放电电压及其振荡特性进行判定和区分;随着放电参数的变化,几种放电模式之间可以相互转化。     

快速制备不同预制体C／C复合材料摩擦学性能研究

分别以短纤维模压毡和炭布叠层为预制体,采用快速CVI工艺制备C/C复合材料,测试了2种不同材料的干态静摩擦性能和干态动摩擦性能,分析了预制体结构及试验条件对其摩擦性能的影响,并探讨了该材料的摩擦磨损机理.结果表明,静摩擦系数随刹车比压增加而减小;快速制备C/C复合材料的磨损率非常低,具有良好的磨损性能,提高垂直取向(垂直于摩擦面)纤维的含量有利于减少磨屑量,降低磨损率.短纤维模压毡预制体制备的C/C复合材料的磨损率低于炭布叠层预制体.     

锂氟化碳电池对火星探测任务工况适应性研究

锂氟化碳电池在固体正极体系一次电池中拥有最高的理论比能量(约2180 W·h·kg-1),特别适合对载荷质量要求苛刻的深空探测任务.我国首个火星探测器"天问一号"在其着陆巡视器内部使用了一组锂氟化碳电池用于完成进入—下降—着陆段的供电任务.文章提炼锂氟化碳电池与深空探测应用密切相关的4项基本特性,根据火星探测任务的特点...