锂离子电池用正极材料LiNi1—xCoxO2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CR2025扣式电池及18650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.     

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。     

花状SnS2微球用作高效锂空气电池催化剂的研究

因超高的理论能量密度,锂空气电池在航空航天、电动汽车等领域展示了广阔的应用前景,但其目前的性能仍与实际使用需求有较大的差距。本文旨在开发具有双功能催化作用的正极催化剂以提升锂空气电池的性能。采用简易的一步溶剂热法成功制备了花状结构的SnS_2微球,并首次探究了其作为可充锂空气电池正极催化剂的应用前景。结果表明:所制备的花状SnS_2微球对锂空气电池的正极过程具有优异的催化性能,大大改善了以其为催化剂的锂空气电池的综合性能,证明SnS_2是一种有潜力的、值得深入研究的锂空气电池用催化剂材料。     

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。     

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。     

高效四结砷化镓太阳电池设计与在轨性能分析

对一种新型反向生长工艺四结砷化镓太阳电池(IMM四结电池)开展了设计和在轨性能试验分析。该电池所用半导体材料的禁带宽度分别为1.9、1.4、1.0、0.7 eV,材料特性的变化改善了4个P-N结与AM0太阳光谱的匹配关系。文章介绍了该电池在提高光电转换效率方面的结构和工艺设计,通过实施在轨真实应用环境试验,全面系统获取四结砷化镓太阳电池在轨运行期间的遥测数据并进行分析处理,结果显示电池开路电压3.321 V,短路电流密度15.76 mA/cm2,实际在轨转换效率在34.44%～34.79%之间,各项关键性能指标相较于三结砷化镓太阳电池有大幅度提高。     

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。     

无穷区间二阶微分方程三点边值问题的可解性

运用非线性抉择原理讨论了无穷区间上二阶微分方程三点边值问题{((1+t2)x'(t))'+f(t,x(t),x'(t))=0,t∈I=[0,+∞)x(0)-βx'(0)=αx(η),x(+∞)=0正解的存在性,其中α≥0,β≥0,0<η<+∞,f:I×I×R→I是一个L1-Carathédory函数.     

硼粉热特性研究

为了研究硼粒子在不同气氛下热特性,采用TGA/DSC和高压DSC对晶体硼粉和无定形硼粉两种形态,在纯氮、纯氧、空气以及氧氮混合(1∶1)气氛和3种压强下进行热分析实验;利用Kissinger法和Ozawa法计算得到无定形硼在空气气氛下的动力学参数.试验结果表明,纯氮气氛下,无定形硼与氮气会发生反应,其反应速度缓慢,放热量小.无定形硼比晶体硼的氧化反应初始温度低,氧化反应更快且更完全.不同氧气浓度条件下,随着氧气浓度的提高,无定形硼反应起始温度提前,反应速率加快,反应更彻底.增加氧气压强,可降低初始反应温度,加快反应速率,提高反应放热量.最终计算得到无定形硼在空气气氛下的活化能E、指前因子A和反应速率常数K.     

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。     

锂离子电池单离子导体聚合物电解质研究进展

锂离子电池在3C电子产品和动力汽车电池行业广泛应用,在航天电源领域也展现出一定的前景。单离子导体是基本仅由参与电化学反应的锂离子迁移的电解质体系,解决传统锂离子电池液态电解质存在的副反应和阴离子的浓差极化等问题,改善电池的库伦效率和循环寿命。研究者们发展了多种类型的单离子导体电解质。本文总结了近5年来不同阴离子类型的单离子导体聚合物电解质合成策略以及分子动力学模拟计算的最新进展。     

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...     

原子氧环境对空心阴极影响的地面模拟试验研究

为确定原子氧对六硼化镧型空心阴极的影响,将LHC-5型空心阴极放置于原子氧试验设备中反复点火,期间使用钨铼5-26热电偶测量阴极管温度。试验完成后检查空心阴极,发现阴极管出现膨胀开裂现象,其断面的XPS成分分析结果表明阴极管的断裂失效是由氧化导致的。因此,针对LEO使用六硼化镧型空心阴极的离子推力器、霍尔推力器和等离子体接触器等航天器部件,应制定正确的工作关机策略以保证阴极不受原子氧环境影响。     

氧化亚氮双组元发动机热力性能计算分析

对绿色推进剂N2O,H2,CH3OH,C2H5OH,CH4,C2H6,C2H4,C2H2,C3H8及C3H6的物性进行了全面比较,并采用吉布斯最小自由能法对9种氧化亚氮双组元推进剂组合的热力性能展开全面计算及分析。N2O/H2组合由于其最低的燃气平均摩尔质量而具有最高的比冲;N2O/C2H2组合由于C2H2很高的标准生成焓其燃烧温度可高达3823 K;碳氢燃料在余氧系数α<0.4富燃工况下燃气中含有固碳颗粒,且摩尔含量随着α的降低而急剧升高,喷管出口处可高达35%～40%;N2O/C3H8和N2O/C3H6组合拥有很好的空间应用物性和较高的热力性能,在压比pc:pe=70 atm:1 atm工况下平衡流比冲分别为2 639 m/s和2 656 m/s,具有很好的应用前景。     

Ozone concentrations and ultraviolet fluxes on Earth-like planets around other stars

Coupled radiative-convective/photochemical modeling was performed for Earth-like planets orbiting different types of stars (the Sun as a G2V, an F2V, and a K2V star). O(2) concentrations between 1 and 10(-5) times the present atmospheric level (PAL) were simulated. The results were used to calculate visible/near-IR and thermal-IR spectra, along with surface UV fluxes and relative dose rates for erythema and DNA damage. For the spectral resolution and sensitivity currently planned for the first generation of terrestrial planet detection and characterization missions, we find that O(2) should be observable remotely in the visible for atmospheres containing at least 10(-2) PAL of O(2). O(3) should be visible in the thermal-IR for atmospheres containing at least 10(-3) PAL of O(2). CH(4) is not expected to be observable in 1 PAL O(2) atmospheres like that of modern Earth, but it might be observable at thermal-IR wavelengths in "mid-Proterozoic-type" atmospheres containing approximately 10(-1) PAL of O(2). Thus, the simultaneous detection of both O(3) and CH(4) - considered to be a reliable indication of life - is within the realm of possibility. High-O(2) planets orbiting K2V and F2V stars are both better protected from surface UV radiation than is modern Earth. For the F2V case the high intrinsic UV luminosity of the star is more than offset by the much thicker ozone layer. At O(2) levels below approximately 10(-2) PAL, planets around all three types of stars are subject to high surface UV fluxes, with the F2V planet exhibiting the most biologically dangerous radiation environment. Thus, while advanced life is theoretically possible on high-O(2) planets around F stars, it is not obvious that it would evolve as it did on Earth.