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。     

全浓度梯度高镍正极材料的可控制备及性能

针对全浓度梯度高镍正极材料批次一致性控制问题,采用Ni、Co、Mn三种溶液单独配制,各自通过程序精确控制流量进入反应釜的新思路和梯度降温烧结方式,实现可控制备。制备的全浓度梯度LiNi_(0.82)Co_(0.08)Mn_(0.10)O_2的0.1 C放电比容量为210.9 mAh/g,制作成的18650电池比能量为240 Wh/kg和669 Wh/L,具有较好的大电流充放电能力,适用于-20～55℃,1 000次循环后容量保持率为85.2%。高镍正极材料的浓度梯度化设计,显著提高了材料表面结构的稳定性,与商业化的高镍正极材料相比,在循环性能、倍率和安全性能等方面都具有明显优势。     

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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

科技成果

<正>锂硫电池技术取得突破据物理学家组织网2015年1月13日报道,加拿大滑铁卢大学的科学家宣称在锂硫(Li-S)电池技术上取得了一项重大突破,借助一种超薄纳米材料,开发出一种更加经久耐用的硫阴极。该技术有望制造出重量更轻、性能更好、价格更便宜的电动汽车电池。相关论文发表在《自然·通讯》杂志上。理论上,同样重量的锂硫电池不但能够为电动汽车提供3倍于目前普通锂离子电池的续航时间,还会比锂     

锂离子电池用PMMA凝胶/LLZT复合电解质的原位制备

固态电池具有高能量密度和高安全性等潜力,是未来航天器电源的重要解决方案。本文利用原位聚合方法,制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)凝胶/Li_(6.5)La_3Zr_(1.5)Ta_(0.5)O_(12)(LLZT)复合电解质。通过选择与陶瓷相润湿性好的甲基丙烯酸甲酯单体(MMA)进行原位聚合,改善了电解质内部陶瓷与凝胶的两相界面。室温下,此复合电解质具有6.6×10~(-4)S·cm~(-1)的离子导电率。进一步采用原位聚合法,制备了Li/复合电解质/Li对称电池。与非原位方法相比,原位聚合将电解质与金属锂的界面比电阻从1 572Ω·cm~2降至367Ω·cm~2,对称电池在0.085 mA·cm~(-2)下能够稳定循环400圈,显示出良好的循环稳定性。     

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。     

离子电推进技术的发展现状与未来

离子电推进是最具代表性和技术成熟度的电推进技术类型之一。本文从放电室技术、离子光学系统技术、放电阴极和中和器阴极技术的优势、缺憾等方面,总结了离子电推进的技术发展现状。针对未来航天任务对离子电推进更大功率、更高比冲、更简系统等新需求,分析了传统离子电推进所面临的主要技术挑战,梳理出了环型离子电推进、双级加速离子电推进、自中和离子电推进、螺旋波放电离子电推进等创新离子电推进技术发展的未来方向。     

火星探测器“进入、下降、着陆”过程的供配电方案综述

对国外成功着陆火星的"火星探路者"(MPF)、"火星探测巡视器"(MER)、凤凰号(Phoenix)和"火星科学实验室"(MSL)的供配电技术进行总结;着重分析探测器在"进入、下降、着陆"(EDL)过程中对电源的电池容量、放电电流、工作时间、环境温度及储存时间等方面的要求及解决方案;提出了火星探测器EDL过程中供配电设计在电池类型、器间供电接口、比能量、放电倍率、能量裕度和寿命方面要注意的重点。     

80 mN霍尔推力器空心阴极寿命试验

我国的多个GEO卫星平台即将采用电推进系统完成轨道保持任务,其中比冲为1 600s的80 mN霍尔推力器是国际公认的最适合完成该项任务的推力器,也是目前国外卫星和深空探测器应用最广的电推力器.为满足15年GEO卫星寿命要求,80 mN霍尔推力器必须达到7500h和8 000次点火的寿命指标.空心阴极作为霍尔推力器的重要组件,其寿命和点火次数必须达到相应的指标.为此,上海空间推进研究所开展了80 mN霍尔推力器空心阴极的寿命试验,试验采用模拟推力器阳极的三极管工作方式进行.截止2013年8月上旬,试验件1完成10 322 h寿命试验（含4 549次点火）,试验件2完成24 248次加热器热循环试验.空心阴极的寿命已经达到任务要求,两个试验件的放电电压、触持极电压和点火时间等性能指标变化很小,目前试验还在持续进行中.     

An experimental study on carbon nanotube cathodes for electrodynamic tether propulsion

Research and development of an electrodynamic tether propulsion system for space debris removal has been started in the Institute of Space Technology and Aeronautics, Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). An experimental investigation of a carbon-nanotube field-emission cathode (FEC), which is suitable as an electron emitter in this propulsion system, was conducted in this study. One of the important issues in the design of a FEC is to suppress an electron flow to a gate electrode to avoid thermal deformation of the electrode and to reduce power loss. For meeting this requirement, we designed an FEC device having a masking plate on a cathode surface. A numerical simulation indicated that presence of the masking plate distorts the electric field adjacent to the cathode surface and a converged electron beam that does not impinge on the gate electrode is formed. Several FEC devices were fabricated based on the simulation results, and they were tested experimentally. Results showed that no electron current flowed to the gate electrode when all the electrodes were assembled and aligned correctly.     

电控固体推进剂点火技术研究

采用一种层状电极式点火装置,分别研究了电极材料、电极形状和电极极性对电控固体推进剂点火过程的影响。试验结果表明,电极材料、推进剂端面电流密度和电极极性是影响电控固体推进剂点火过程的重要因素,当推进剂两端面电流密度相同时,采用不同材料的电极优先点火顺序依次为钛、铝、石墨、铜。当两端电极材料相同时,ESP始终在电流密度较大的一端点火,且电流密度越大,点火效果越好,临界点火电压越低;当两电极与药柱端面的接触面积比为1∶1和0.64∶1时,ESP优先在正极端点火;但当两电极与药柱端面的接触面积比为0.16∶1时,ESP在电流密度较大的一端点火。电控固体推进剂能通过电压控制实现多次点火、熄火循环。     

高压太阳电池阵静电放电产生脉冲信号的特性研究

研究高压太阳电池阵静电放电产生脉冲信号的特性,有助于深入了解太阳电池阵充放电形成机制。在试验中,利用电子枪模拟GEO空间带电环境,辐照太阳电池样品表面。利用电流探头CT-2、单极子天线和数字存储示波器测量静电放电所产生的脉冲电流、辐射电场并记录其波形。试验结果表明:太阳电池在静电放电过程中产生了脉冲宽度为几μs的瞬态电流,其峰值幅度为几A;辐射电场的脉冲信号持续时间几百ns至几个μs,其峰值幅度达数百V/m。脉冲信号的时域特征表现为脉冲群,其波形具有陡峭的前沿,能量分布的频率范围主要集中在0.1~50 MHz之间。最后根据上述研究对在轨静电放电测试仪的设计提出建议。