电动汽车锂离子动力电池充放电性能试验分析

根据电动汽车动力电池研发需求,对锂离子单体电池进行了一系列充放电试验,得到了该电池在不同放电倍率,以及不同温度条件下的充放电特性、开路电压、温升、内阻与效率特性.结果表明,锂离子电池具有比能量高、内阻小、放电效率高、放电特性良好等优点；锂电池的荷电状态与电池开路电压存在近似线性关系,这使得利用开路电压结合安时法估计电池的SOC成为现实.     

用于新能源汽车的锂离子动力电池研究进展

随着国内外新能源汽车产业的快速发展,作为核心部件的锂离子电池行业正在成为新的风口。本文列举了在锂电行业具有技术竞争优势的美国、日本、韩国、中国等国在锂离子动力电池方面的战略规划,分析了各国在技术路线上的差异。随后对锂电行业的发展趋势进行预测。研究发现,锂离子电池重点关注能量密度、成本、寿命;高镍多元材料将成为未来车用动力电池的主流正极材料体系;新体系固态锂离子电池将成为锂电行业新的研究方向。最后,从电池关键技术、市场发展、后续回收利用等三方面对我国锂电行业日后发展提出了几点建议。     

石墨烯基电极材料结构设计及其在二次电池中的应用

电极是实现高效电化学储能的基础,而常规的电极大多采用半导体甚至绝缘体为活性材料,不仅存在导电性差、电化学利用率低、倍率性能差等问题,而且部分电极材料在反应过程中还存在体积膨胀严重、中间产物流失等缺点,导致电极循环稳定性差.解决这些问题的有效途径之一是从电极材料的微纳结构入手,设计兼具高电化学活性及高结构稳定性的材料.石墨烯具有优异的导电性、超高的比表面积、柔性的二维结构及良好的机械性能,可用于构建高性能复合电极.石墨烯基电极材料结构主要包括核壳结构、三维网络结构、多级孔结构、三明治结构等,这些结构均对电化学储能器件的性能有不同程度的提升.本文以结构设计为主线总结了石墨烯在二次电池(如锂离子电池、锂硫电池和锂空气电池)电极材料结构设计中的应用,分析了不同结构类型在改善电化学性能方面的优势,为提高电化学储能体系的性能带来启示.     

锂离子电池失效的快速判定

通过锂离子单体电池的循环寿命实验,分析了该电池的充放电电流,电压以及内阻随循环次数的老化特性.研究发现,随着充放电次数的增加,电池在恒流阶段充入的容量占总容量的百分比的变化趋势和电池内阻变化相一致,因此可以根据恒流充电的时间来快速判定电池的衰减程度.     

混凝土中钢筋腐蚀早期过程宏观腐蚀电池与微观腐蚀电池相互作用

建立一种阵列电极技术,通过测量不同时空的微电极腐蚀电位、电偶电流及其动态变化,研究了在腐蚀介质作用下,混凝土中钢筋腐蚀发生、发展早期过程阳极区和阴极区分布特征,探讨了钢筋腐蚀过程宏观腐蚀电池与微观腐蚀电池的相互作用机制.结果表明,伴随着点腐蚀的发生、发展过程,在钢筋/混凝土界面宏观腐蚀电池的作用明显,宏观腐蚀电池电流分布与腐蚀电位有密切的对应关系.混凝土中钢筋腐蚀过程总是存在着宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池,二者密切相关、相互作用,对钢筋局部腐蚀的发生、发展过程有重要影响.     

层叠式锂离子电池展向温度分布的分析解及基于分析解的热设计优化

大型锂离子动力电池的热相关问题是限制其在电动汽车上大规模应用的主要问题之一.单体电池的热模型是进行电池热设计、改善电池热特性的重要工具.根据热模型的求解方法,可分为数值解和分析解两类.在现有文献的研究中,数值解占据了主要地位.但是,分析解因具有计算量小、可实现设计变量的全局优化等优点,在电池热设计和电池组热管理系统中可发挥重要作用.例如,在电池热设计中,分析解可全面考察多个设计参数连续变化下对电池热特性的影响,以进行多设计参数下的全局优化.本文首先对一款大型层叠式锂离子电池进行了数值热模拟和实验验证,数值热模拟的结果与多枚热电偶的实验测量结果吻合良好;然后,基于数值热模拟的结果提取了层叠式电池温度分布和产热率分布的主要特点,进而假设温度呈展向平面分布、产热率均匀分布;针对简化后的电池热问题,利用双重积分变换方法提出了分析解;最后,使用分析解开展了电池的热设计优化工作,讨论了不同电芯尺寸和极耳布置方案下的电池热特性.     

短程高效回收废锂离子电池中铜金属的技术及机理研究

信息通讯技术和电动汽车产业的快速发展产生了大量的废锂离子电池,其资源化回收成为资源可持续利用及环境保护的重要手段.但传统的回收过程工艺繁琐,资源化效率较低阻碍了产业的良性发展.为了缩短废锂离子电池的资源化工艺,选择离子液体作为加热介质,通过熔化黏结剂,分离铜箔和负极材料实现对废锂离子电池中铜金属的回收.回收过程发生急剧的热对流和热传导过程,利用搅拌机快速运转强化了热对流的过程和机械力分离正极材料,基于传热理论傅里叶定律建立了热传递过程数学模型.通过详细实验研究发现,当加热温度180℃、搅拌速度350 r/min、停留时间30 min,可以实现铜金属的短程高效回收.本技术的研发大大促进了铜铝金属的高效回收,打通了废锂离子电池的闭环供应链.     

GaN基β辐射伏特效应微电池的优化设计研究

β辐射伏特效应同位素微电池具有体积小、工作稳定性好、寿命长、能量密度高、抗干扰性强等优点，逐渐成为微能源研究的方向．本文以半导体物理理论为基础，提出基于宽禁带半导体材料GaN和放射性同位素^147Pm的同位素微电池最优化设计方案．引入对同位素源自吸收效应的考量，通过蒙特卡罗程序MCNP模拟计算β粒子在半导体材料中的输运过程，对同位素源与半导体材料的最优化厚度，半导体材料PN结结深、耗尽区厚度、掺杂浓度，以及电子空穴对的产生及收集情况进行了研究和分析．提出的β辐射伏特效应同位素微电池最优化设计方案可实现：^147Pm单次衰变在能量转换单元中沉积的能量为28．2keV；同位素电池的短路电流密度为1．636μA／cm^2，开路电压为3．16V，能量转化率为13．4％．     

太阳能光伏技术发展的新概念

本文从全球能源需求持续上涨及传统光伏电池成本居高不下的背景出发,综述了光伏电池发展中的新概念.其中,具有代表性的光伏电池的薄层化、柔性化及叠层化等趋势,使得光伏电池能够更加充分地吸收太阳光,表现出更高的能量转换效率,同时具备更加低廉的成本及更为广泛的应用领域.     

不同方法制备的Pt对电极染料敏化太阳能电池的光电性能研究

采用磁控溅射（sputtering）、高温热分解（high-temp）H2Pt Cl6·6H2O溶液和低温化学还原（low-temp）H2Pt Cl6·6H2O溶液等方法在FTO导电基片上制备了三类不同的Pt对电极,通过改变磁控溅射时间或旋涂退火循环次数,对FTO上不同对电极的载Pt量进行了调节.分析了三种不同方法制备的对电极的晶相结构、表面形貌以及透光率等特性.基于纳米管阵列和不同条件制备的对电极组装了系列染料敏化太阳能电池.测量了正照射和背照射条件下的电池光电性能,并分析了制备方法对对电极微结构和形貌的影响,以及对组装电池光电性能的影响,并对其各自的适用性和优缺点进行了比较分析.     

胶体超级电容电池

兼具高功率密度与高能量密度的储电技术是电化学储能领域的终极目标,寻找新型储电体系成为实现这一目标的重要策略.超级电容电池融合二次电池和超级电容器的优势,实现高功率密度和高能量密度在同一时空的统一.作为关键电极材料,超级电容电池型电极材料具有快速的电子和离子传输通道,在热力学、动力学允许条件下实现最大化利用氧化还原活性阳离子.目前开发的胶体离子超级电容电池能量密度可以达到350 Wh/kg,功率密度达到2 kW/kg.超级电容电池储电设备特别适合应用于脉冲电源、电磁弹射、能量回收、启停电源等领域.     

数据驱动储能电池新材料的筛选和设计

数据驱动新材料产业发展是第四研究范式促进材料创新,加快材料应用的多学科多领域交叉融合的技术热点.机器学习(machine learning, ML)作为一种重要的数据驱动方法,其结合第一性原理计算在材料科学、化学、物理学和计算机等跨学科领域展现出巨大的优势,为储能电池新材料的快速发展带来了新的机遇.为帮助研究人员了解这一新兴领域,本文系统地详述了高通量计算筛选和ML在储能电池材料研究中的最新进展,概括和总结了目前国内外应用较为广泛的在线材料数据库,举例介绍了新数据库的多层次构建,分析了目前数据采集方面的一些难点.论文进一步介绍了ML方法在高通量计算筛选、材料性质预测、材料结构与电化学性能构效关系研究和材料设计方面的应用实例,最后分析讨论了当前ML在储能电池领域面临的一些挑战,并展望了该领域的前沿研究.     

英政府科学办公室发布《技术与创新未来2017》报告

<正>2017年1月23日,英国政府科学办公室发布《技术与创新未来2017》报告,分析了能支撑英国经济增长、改善人民生活和公共服务、支持政策制定的新兴技术,并且关注了现有技术和新兴技术彼此交互带来的机遇。电池:随着移动技术的进一步普及,电池技术变得日益重要。电池化学、燃料电池和材料方面的研究进展将带来重大突破。例如,特斯拉正在建造的工厂可将锂离子电池的成本削减30%以上。     

钠离子电池用电解质材料的研究进展

钠离子电池因钠源丰富、成本较低而受到科研工作者的广泛关注.钠离子电池主要由正极、负极、电解质、电流收集器等部分组成.相对于电极材料的研究,电解质材料的研究相对较少.但作为电池的组成部分,电解质却起着平衡及传输电荷的重要作用,其各组分的前线轨道(frontier molecular orbitals)能量不仅决定了电池的电化学平台,也影响着电池的热稳定性,而且,其稳定性及离子电导率是决定电池性能的关键参数.本文从优秀电解质应具备的特点入手,综述了常见液态电解质及固态电解质材料的结构特点、性质及主要改进方法.     

能源互联网重要基础支撑:分布式储能技术的探索与实践

可再生能源分布式发电的能量波动性以及用户驱动的能量需求的时空随机性,导致能源互联网中能量流本身具有先天的不确定性与无秩序性,因此,分布式储能技术由于可以有效消除能量流的不确定性,并使能量的时空转移和能量流的有序流动成为可能,成为能源互联网重要基础支撑.分布式电池储能作为一种重要的储能方式,电池单体本身非线性特性与电池成组或成网后单体间的差异性,使得电池储能系统"管理好"成为真正"使用好"的基础.但是,电池成组或成网后将构成复杂巨系统,这对"管理好"带来巨大的挑战.因此,本文基于作者多年理论与技术的成果积累,总结了一套适用于分布式储能的大规模电池网络优化管理的理论与方法,包括:单体和电池组或电池网络的建模与状态参数精确估算;基于模糊测度的电池网络特征提取及快速计算;基于自适应动态规划的电池网络优化管理.随后,本文将基于能源互联网思想的分布式储能架构及其管理优化方法与技术引入数据中心,并给出了其在数据中心中实际应用原型系统介绍.本文工作可以为能源互联网的重要基础支撑—分布式储能技术—的研究与应用提供方法指导与技术支撑.     

化学反应和结晶控制的电化学储能电极材料

电化学储能材料的微结构、尺寸、形貌等特征直接影响着电化学储能设备的性能,例如能量密度、功率密度、寿命等.因此,合成高电化学活性的电极材料是储能设备性能的重要制约因素.在电极材料的合成过程中,化学反应是材料合成的第一个步骤,然后经过结晶过程最终得到电极材料.通过控制化学反应和结晶过程,可以得到具有不同活性的电极材料.电极材料制备过程中的化学反应以及电能储存过程中的电化学反应都是本文要研究的问题.虽然在材料合成方面取得了巨大的进步,能够合成各种不同形貌、结构和性能的电极材料,但是对化学反应如何控制材料的结晶、结晶过程如何影响材料的电化学性能以及电极材料和电化学活性的对应关系,依然缺少深入的理解.本文通过研究反应控制的结晶过程以及结晶影响的电化学性能,揭示化学反应-结晶、结晶-电化学性能和化学反应-电化学性能的关系,以及提高储能材料综合性能的途径.     

LiAlSiO4基固体氧化物锂离子导电材料的研制

以LiNO3、Al（NO3）3·9H2O和（C2H5O）4Si为原材料,通过以聚乙烯醇位聚合剂的化学合成方法制备了LiAlSiO4基固体氧化物锂离子导电材料.材料的X射线衍射分析表明,实验获得了具有四方结构的单相材料,晶格常数为a=b=0.5170 nm、c=0.6295 nm.所制备的材料体现具有锂离子导电性,同时得出材料的导电性与材料体系中存在的锂离子的空位有关,适当地调整体系中锂离子缺陷可以提高材料的锂离子导电性.     

海胆状α-Fe_2O_3纳米材料的制备与电化学性能

采用葡萄糖引导水解-热处理工艺,通过调节热处理温度制备了不同形貌和结构的海胆状α-Fe_2O_3,并研究了其电化学特性.结果表明,改变热处理温度可有效地调节产物的结构和电化学性能.在300℃热处理获得由梭形纤维束组成的海胆状α-Fe_2O_3电极材料具有高的初始放电容量(1475.0mAhg~(-1),这明显高于700℃热处理获得由高结晶度的纳米棒组成的低比表面积的海胆状α-Fe_2O_3电极材料的931.2mAhg~(-1).这是由于低结晶度、高比表面积和有序的双模式孔有益于电解液的吸附和锂离子的传输,使电化学反应活性提高.     

鲁米诺体系的多通道电致化学发光

本文综述了鲁米诺体系在金属、非金属以及半导体电极上的电位分辨电致化学发光行为和机理,揭示了鲁米诺电致化学发光的多通道性及其对电极材料、电极电位和电极表面状态的依赖性。     

CeO_2对锂离子电池正极材料LiMn_(1/3)Co_(1/3)Ni_(1/3)O_2的包覆改性

采用溶胶凝胶法对LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2表面包覆了1.0wt%的CeO2.采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),循环伏安(CV)和恒流充放电对包覆和未包覆的LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2进行了结构表征与性能测试分析.研究显示,CeO2并没有改变电极材料的晶体结构,仅在电极材料表面形成均匀的包覆层.包覆1.0wt%CeO2后的材料的放电容量和循环性能均明显优于未包覆的材料.在20mA·g-1的电流密度下,包覆1.0wt%CeO2后的材料的放电容量为182.5mAh·g-1而未包覆的材料仅为165.8mAh·g-1.包覆1.0wt%CeO2后的材料在3.0C下循环12周后的容量保持率达93.2%,而未包覆的材料的容量保持率仅为86.6%.CV测试表明,CeO2包覆层可以有效的防止正极材料与电解液的直接接触,抑制了材料结构的转变或抑制了与电解液的副反应,从而提高了材料的电化学性能.