硫负载方式调控碳/硫复合材料结构及锂-硫电池性能研究

碳/硫(C/S)复合材料的硫负载方式调控可以改善聚硫化物的穿梭效应,提升锂-硫电池的容量。物理硫负载法容易导致循环过程中硫的脱落,化学硫负载法不利于倍率性能的提升。采用物理硫负载和化学硫负载相结合的方式,对提升C/S复合材料的循环稳定性和倍率性能具有重要意义。本文控制C/S复合材料的硫负载方式,研究化学硫负载制得的C/S复合材料在热处理前后的结构和性能变化,有利于实现稳定的聚硫化物转化,提升锂-硫电池循环稳定性和倍率性能。结果表明：C/S煅烧后复合电极具有较好的循环稳定性(5C下的容量保持率为60%)和倍率性能(60 mAh·g^-1 20C),这是因为其具有稳定的聚硫化物转化能力。     

Co9S8金属氢氧化物(LDHs)纳米笼的构筑及其锂硫电池应用研究

锂硫(Li-S)电池是一种新型二次电池,具有极高的理论比能量(2600 Wh/kg),被认为是最具前景的下一代储能电池。锂硫电池正极使用硫作为活性材料,比容量高达1675 mAh/g,是目前商业化锂离子电池正极材料磷酸铁锂(170 mAh/g)和钴酸锂(274 mAh/g)的3至5倍。此外,硫是地球上储量最丰富的元素之一,且成本低廉,环保无毒。然而,锂硫电池的商业化受制于硫及其放电产物多硫化锂的电子绝缘性、可溶性多硫化物在正负极的穿梭、充放电过程中硫的体积膨胀等问题。针对硫正极材料所存在的问题,本文从储硫、固硫、限硫的三重设计出发,通过在ZIF-67模板上原位生长制备了一种NiCo-LDH/Co₉S₈中空纳米笼结构的正极材料,实现活性硫的高容量负载。电化学测试表明,NiCo-LDH/Co₉S₈与硫复合实现了79 wt%的高硫负载量,LDH/Co₉S₈异质结纳米笼结构及双功能位点,能够使S@LDH/Co₉S₈电极实...     

全固态薄膜锂电池研究进展和产业化展望

全固态薄膜锂电池利用固态电解质替代传统电解液,采用多层薄膜堆垛的平面结构,属于新一代的锂离子电池,在军民两用的可穿戴设备、便携式移动电源、汽车和航空动力电池等领域应用前景广阔。该类电池因高安全性、长循环寿命、高比容量和高能量密度等优势性能受到业界广泛关注。本文概述薄膜锂电池的分类和充放电原理,总结正负极、电解质薄膜材料的发展历程和薄膜制备手段的改进,对比各类电池材料的电化学性能,引入该方向最新的研究进展:三维薄膜锂电池,可变形的柔性电池,高电压、大容量电池组。汇总国外商用电池产品、关键优势技术、电池制备设备,提出薄膜锂电池亟待解决的科学问题和国内潜在的产业化方向。     

锂离子电池新型三维纳米结构负极研究进展

高性能锂离子电池在微/小型侦察机和空间飞行器等应用中有重要意义。构建三维纳米结构负极,是提高锂离子电池性能的有效方法。综述了国内外锂离子电池新型三维纳米结构负极材料的发展,将其分为3种类型,分别是三维纳米多孔结构、三维纳米阵列结构和三维纳米网络结构。涉及的材料包括碳类材料、合金类材料与过渡金属氧化物材料。相对于传统二维平面负极,三维纳米结构电极可以减小离子迁移距离、增加电极/电解液界面面积、缓冲活性材料充放电体积变化,从而可以提高材料的储能容量,提高电极的循环稳定性,改善电极的倍率性能。     

铝锂合金疲劳行为及机理

 本文综述了铝锂合金疲劳的研究进展,包括铝锂合金的疲劳长裂纹、短裂纹、裂纹萌生、光滑和缺口疲劳强度、循环应变行为、过载反应、低温疲劳和腐蚀疲劳、铝锂合金与2000和7000系铝合金疲劳性能的对比、热处理工艺、微观结构、合金成分等对铝锂合金疲劳性能的影响等。     

锂/氟化碳电池热特性研究

针对锂/氟化碳电池放电过程产热问题,选用了3种不同型号的氟化碳材料,对材料的微观形貌、晶型和键型进行了分析,并使用等温量热仪测试了不同倍率下锂/氟化碳软包电池放电的产热功率和积分产热量,使用加速量热仪测量了锂/氟化碳电池的比热容。结果表明:氟化碳材料的放电电位与材料中C-F键的类型(键能)有关,进而影响电池放电过程中的产热量;C-F键偏离子型,放电电位越高,极化越小,放电过程中产热越少;锂氟化碳电池的放电倍率越大,电池的产热功率越大。     

压电纤维复合材料的研究

以提高交叉指形电极压电纤维复合材料诱导应变和挟持应力为目的,采用有限元软件ANSYS分析了电极区聚合物参数、交叉指型电极结构和压电相体积分数对压电纤维复合材料诱导应变和挟持应力的影响。结果表明：增加电极区聚合物的介电常数或减小电极区聚合物的厚度,能够提高元件的诱导应变和挟持应力,元件诱导应变最大可达173με;减小分支电极的周期或者适当增大分支电极的宽度,可以有效地提高元件的作动性能;提高压电纤维体积分数,有利于提高元件的作动性能。     

锂离子电池发展现状及其前景分析

伴随着经济全球化的进程和能源需求的不断高涨,寻找新的储能装置已经成为新能源相关领域的关注热点。锂离子电池(LIB)是目前综合性能最好的电池体系,具有高比能量、高循环寿命、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染等特点,并迅速发展成为新一代储能电源,用于信息技术、电动车和混合动力车、航空航天等领域的动力支持。LIB的核心和关键是新型储锂材料和电解质材料的开发与应用。本文综述了当前LIB关键材料研究和应用现状,特别是其在航空领域的应用技术发展;通过分析我国LIB产业发展情况及存在的问题,可以看出,在关键材料以及制造技术等方面我国还有很大的提升空间。     

稀土高强铝锂合金力学性能及微观变形行为

在 2 0 90铝锂合金和添加微量稀土铈的 2 0 90铝锂合金 (2 0 90 +Ce)的拉伸性能测试的基础上 ,利用TEM技术对拉伸试样中位错组态进行了观察 ,探讨宏观力学性能与微观变形行为间的联系。结果表明 ,2 0 90 +Ce铝锂合金仍表现出较明显的共面滑移特征 ,所不同的是其滑移带比较细密均匀 ,并且具有交滑移特征 ;而不含稀土的普通 2 0 90铝锂合金中共面滑移带较粗 ,且带与带间距宽 ;弱束暗场观察发现 ,2 0 90 +Ce铝锂合金中某些大角度晶界上及附近存在较强的应变衬度 ,这说明该合金仍存在较强的局域应变倾向     

航天器用氢镍蓄电池加速寿命研究

针对航天器用氢镍蓄电池寿命预估问题,采用40 Ah氢镍蓄电池在40%DOD、60%DOD和80%DOD下进行了充放电循环寿命试验,对循环到1300周次的蓄电池和其中的镍电极进行了破坏性物理分析和性能测试,结果表明:随着放电深度的增加,镍电极发生了膨胀和基板腐蚀,两者共同导致镍电极孔率增多,抢吸隔膜内的电解液;同时镍极片的导电网络变差,电极的可逆性变差;上述两个原因最终导致电池性能发生衰减,规律性比较明显。加速寿命公式的验证表明,值为3的加速因子是合理的。     

SiO2溶胶作用下电沉积锌电极性能研究

 在碱性镀锌液中加入SiO₂溶胶,采用电沉积技术制备电沉积式锌电极,考察镀液中加入SiO₂溶胶对锌电极的电沉积速度、微观形貌及电化学性能的影响规律。研究结果表明：随着镀液中SiO₂溶胶浓度（0～200 mL/L）的增加,锌的电沉积速度逐渐下降;溶胶作用下得到的锌电极的微观表面较平整致密,没有出现较大孔洞,且耐腐蚀性和循环可逆性得到改善;尤其是溶胶浓度为150 mL/L时,锌电极具有最小的腐蚀电流密度,且阴、阳极峰值电位差较小,锌电极的电化学性能最好。     

一种基于SOC补偿器的并联型 电池系统等效电路模型

以锂离子电池为载体的电源系统为航天器稳定、可靠运行提供了一种有效 的方式。通过多个电池单体的并联可扩大电池系统容量,即并联型电池系统。针对锂离 子并联型电池系统的工作特性,因电池单体性能参数不一致而难以被准确表征的问题, 分析各电池单体性能参数与电池系统性能参数的扩展关系及并联电路工作特性,提出一 种基于SOC 补偿器的并联型电池系统等效电路模型;在Matlab/Simulink 环境下搭建电池 系统仿真平台,通过仿真结果与实验数据对比分析验证所提出模型的准确性。     

固体火箭发动机包覆层力学性能与交联密度的相关性建模研究

介绍了包覆层力学性能的研究进展,综述了交联密度的测试方法和应用,分析了现有的本构模型并提出改进意见。研究表明:包覆层在复杂环境下的力学性能研究是下一步研究的重点;从微观机理分析包覆层的宏观力学性能是其力学研究的趋势;核磁共振仪等现代仪器的运用可以克服传统方法的不足,具有较大的发展空间。     

奥氏体合金熔焊接头形变再结晶态的疲劳性能

焊接接头的微观组织和力学性能不均匀性影响疲劳性能,常用焊后热处理等工艺方法来改善。但奥氏体型合金固态无同素异构转变,焊后热处理难以明显地改善其微观组织和疲劳性能。形变再结晶工艺可以同时改善其微观组织和力学性能,进而可以非常显著地提高该焊接接头的抗疲劳断裂能力。本文主要讨论１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ熔焊接头形变再结晶态的微观组织和疲劳性能,并以该焊接接头的低循环疲劳性能来验证     

SnSe_2纳米晶的微观结构调控与电化学性能研究

采用溶剂热合成技术,以SnCl_2·2H_2O作为锡源,硒粉作为硒源,水合肼为还原剂,分别研究溶剂类型(乙二醇、乙醇、水)与水热釜填充比(35%、55%、85%)对产物微观形貌的影响,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对产物的物相及微观形貌进行表征。研究发现当溶剂为乙二醇时,产物形貌为混杂的SnSe_2纳米颗粒;随着水热釜填充比由35%、55%增大至85%时,产物结构由纳米颗粒生长为纳米片,且填充比为85%时SnSe_2的结晶性最好;通过电化学性能测试发现溶剂为乙二醇、填充比为35%时制备的SnSe_2纳米颗粒组装成的电池具有最优异的循环稳定性,在200 mA·g~(-1)的电流密度下,首次充放电容量分别为884 mAh·g~(-1)、1275 mAh·g~(-1),循环50圈后容量仍维持在472 mAh·g~(-1)。同时,电化学阻抗谱测试表明该电极的电荷转移阻抗最小,是较为理想的储锂负极材料。研究结果可为SnSe_2纳米晶的结构调控及其电化学性能研究提供参考依据。     

富锂锰基正极材料研究进展

随着社会发展,电动汽车、消费类(3C)电子产品、储能装置等对锂离子电池的能量密度提出了更高要求。富锂锰基正极材料具有高比容量(≈250 mAh/g)、高工作电压(≈3.6 V)及低成本等优势,有望成为下一代商用高比能电池正极材料。首次库仑效率低、倍率性能差、电压/容量衰减快等问题限制了富锂锰基正极材料的工程化应用。本文综述了富锂锰基正极材料的最新研究进展,重点从材料结构、电化学反应机理、失效机制和改性方法等几方面进行了阐述。研究表明,采用离子掺杂、表面包覆、晶体结构调控等技术,可显著改善富锂锰基正极材料的电化学性能。最后,对富锂锰基正极材料的发展方向进行了展望。     

铝锂合金中的氢和氢脆

针对铝锂合金中氢含量甚高的难题，阐述了铝锂合金氢的来源，氢的存在形式及氢对铝锂合金性能和断裂方式的影响。认为制约铝锂会金潜能发挥和应用的主要障碍是合金的冶金质量，而其核心是氢含量控制和氢脆问题，降低氢含量是合金取得实质性突破的关键。提出以真空精炼和固态除氢的途径降低铝锂合金的氢含量，指出液态和固态真空除氢过程中所遇到的主要问题，问题的解决将为新一代高韧铝理合金的研究打下基础。     

Nafion/金属的制备及电形变性能研究

采用化学沉积工艺和电镀工艺分别在Nafion表面制备了具有Ag电极和Ni-Ag电极的离子聚合物金属复合材料（IPMC）,并采用SEM和EDS分别对IPMC电极形貌及纵切面银元素分布进行了分析.结果显示具有Ni-Ag电极的IPMC中镍元素均匀且致密分布在复合膜表面,形成了一层较厚的双金属电极层;微观形貌观察显示银电极呈树枝状结构生长,金属银在Nafion膜内部呈梯度分布;电形变实验表明IPMC在1.25 V负载电压下,其电形变最大角度可达46°;失水实验表明在IPMC表面涂装一层密封油能有效减缓其失水率.     

Al离子掺杂及石墨烯包覆对Na_3V_2(PO_4)_2F_3正极材料的影响

采用一步水热法合成Na_3V_(2-x)Al_x(PO_4)_2F_3(x=0、0.1、0.5、0.7)钠离子电池正极材料,并采用XRD、SEM、电池测试仪和电化学工作站对合成的材料进行表征、分析和测试。结果表明,Al离子掺杂降低Na_3V_2(PO_4)_2F_3正极材料的能隙,提高了其电子电导率。当x=0.5时,正极材料循环至35周时的可逆比容量最高,容量保持率最低。根据所得结果选择性能最优的Na_3V_(1.5)Al_(0.5)(PO_4)_2F_3正极材料进行了石墨烯包覆处理,并与未包覆的材料进行性能对比。石墨烯包覆前后样品循环至25周的可逆比容量分别为17.4 mAh·g~(-1)和47.7 mAh·g~(-1),容量保持率分别为59.6%和82.9%。石墨烯包覆后的Na_3V_(1.5)Al_(0.5)(PO_4)_2F_3,电荷转移电阻减小,晶体结构中钠离子传输速率提高,石墨烯包覆能有效提高Na_3V_(1.5)Al_(0.5)(PO_4)_2F_3正极材料的电化学性能。     

复合翼eVTOL电池需求及对动力总成安全性的影响

动力电池是电动化飞行得以实现的重要组成部分,其技术层次和安全水准对电动垂直起降飞行器(Electric Vertical Take off and Landing aircraft,eVTOL)的商业化推广尤为重要。本文在典型飞行任务下,研究电池性能对eVTOL飞行器的运营性能、适航性能和安全性能的影响。利用开源软件SUAVE(Stanford University Aerospace Vehicle Environment,SUAVE)对复合翼eVTOL进行了整机与动力总成的建模,利用故障树分析(Fault Tree analysis,FTA)方法对动力总成进行了安全性分析。通过仿真,发现在现有电池技术水平下,电池的放电倍率约束是决定电池性能需求的关键限制条件,针对本文设计的eVTOL,372 Wh/kg是满足所有安全约束的最低能量密度,在使用过程中电池容量的衰退是设计者选择电池能量密度的重要参考指标。单独改善电池的可靠性对动力总成可靠性的提升是有限的,但电池性能的衰退将使电池成为动力总成失效的主要因素。通过FTA发现本文搭建的典型动力总成失效率为1.524×10^-7