锂离子在石墨、MoS2及其复合材料中扩散过程的分子模拟及量子力学研究

锂离子在电极材料中的传递性能对电池的充放电速率起着至关重要的作用.采用非平衡态分子动力学(NEMD)方法,模拟了充电过程中锂离子在石墨 、MoS2及其复合材料(G/MoS2)中的迁移过程,考察了锂离子的非平衡态扩散时间、平衡态扩散系数(D)和吸附能,探究了石墨、MoS2层间距及边缘结构对锂离子扩散的影响.计算结果表明:...     

动力锂离子电池充电过程热模拟及影响因素灰色关联分析

针对不同充电工况,建立动力锂离子电池充电过程三维热模型,并对不同对流传热系数、辐射系数、环境温度和充电电流等影响因素下动力锂离子电池充电过程产热和散热机理进行模拟.研究结果表明:动力锂离子电池内部升温速率在充电电流增大到某值前基本不变,随后将随充电电流增大而增大;环境温度越高,充电完毕后动力锂离子电池内部温度越高;强制换热时,辐射系数的变化对电池内部温度影响不大,而自然对流换热时,热辐射对内部温度影响明显;充电电流关联度(0.792 53)＞环境温度关联度(0.658 04)＞对流换热系数关联度(0.633 88)＞热辐射系数关联度(0.511 03).     

锂离子动力电池内阻模型与实验研究

首先,根据多孔电极理论,建立了锂离子动力电池的仿真模型.对仿真模型的分析可知,影响电池内阻的内部因素为锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数及由极片的电子电导率、电解液的离子电导率和活性材料的电子电导率组成的电池总电导率.分别设计制作磷酸铁锂和石墨半电池,使用恒电流间歇滴定法(GITT)对半电池进行固相扩散系数的测量.使用交流阻抗法(EIS)对半电池进行总电导率的测量.对比半电池实验数据和磷酸铁锂锂离子动力电池实验数据可知,电池的极化内阻由锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数决定;电池的欧姆内阻由电池的总电导率决定.     

全钒液流电池正极传质的介观分析

目的研究全钒液流电池正极传质的介观机理,为多孔电极传质效率的提高和全钒液流电池整体性能的提升提供理论指导.方法采用粗粒化分子动力学模拟方法,分析全钒液流电池正极反应中各粒子的介观传递特性.分析电池荷电状态(SOC)、温度、碳纳米管长度以及碳纳米管含量对正极电解质中各组分粒子扩散系数和有序性的影响.结果粒子扩散系数随着温度增高而增大,但随碳纳米管长度的增加而减小.当电池荷电状态SOC为50%时,溶液中离子种类最多,多种离子间的相互作用阻碍单个离子的扩散,从而降低了电解液中各粒子的扩散系数.在碳纳米管质量比为1/4～1/2,正极电解液浓度较低,减小了VO2+和VO+2之间的缔合作用,溶液黏度也随之下降,有利于扩散.结论深入研究全钒液流电池正极传质过程,降低因传质因素导致的浓差极化,增大电池反应速率.     

氧化铝上吸附平衡与动力学的分形特性

在实验测定氧化铝吸附氮气的平衡和动力学过程的基础上,由平衡数据得到分形维数,对动力学结果分别用欧氏几何和分形几何的动力学模型进行处理,比较两种方法得到的扩散系数之间的判别。结果表明：粉状氧化铝的分形维数为2．12;采用分形动力学模型得到的扩散系数同欧氏几何扩散模型的结果不同一样,扩散系数不随浓度的变化而改变;而欧氏几何扩散模型中的扩散系数随浓度变化发生改变,且变化符合Darken关系。     

全钒液流电池多孔负极内传质介观分析

目的深入研究电极的传质机理,提高全钒液流电池的性能.方法采用Materials Studio软件构建包含碳纳米管(CNT)、水、V~(2+)、V~(3+)、SO_4~(2-)的介观模型,应用粗粒化分子动力学模拟方法对负极反应时电解液中各种粒子的传递特性进行介观分析.在Martini力场作用下,研究温度、碳纳米管长度、碳纳米管浓度对水、V~(2+)、V~(3+)、SO_4~(2-)的分布有序性和扩散系数的影响.结果随着温度的升高,粒子的扩散系数增大;随着碳纳米管长度的增加或碳纳米管浓度的增加,粒子的扩散系数减小.V~(2+)的扩散系数为2.54×10~(-6)~8.23×10~(-6)cm~2/s,V~(3+)的扩散系数为2.51×10~(-6)~5.26×10~(-6)cm~2/s.结论控制温度、碳纳米管长度、碳纳米管浓度获得了优化的扩散速率,减小了因为传质导致的浓差极化问题,提升了全钒液流电池的整体性能.     

离子迁移动力学的计算材料学研究方法概述及其在锂离子电池材料中的应用

锂离子的迁移及扩散动力学行为是影响锂离子电池倍率性能的最重要的因素之一.计算材料学的发展为模拟锂离子在电池材料中的迁移及扩散提供了各种不同的计算方法,包括蒙特卡罗模拟、分子动力学模拟、绝热轨道方法和弹性能带方法等.讨论了这些方法的特点、适用范围、计算结果的精度和可靠性,并就这些方法在研究锂离子电池材料离子输运行为上的应用实例进行综述.     

纳米单晶氩扩散性质的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法对纳米单晶氩的扩散性质进行了模拟研究。采用L-J12-6势函数描述氩原子势,半步长的Leap-frog算法求解运动方程,Berendsen热浴法调温,P-R方法调压,在充分弛豫后进行扩散模拟的时间为100 ps,计算得到了10个恒定温度下原子均方位移(MSD)与时间(t)的关系曲线。根据MSD-t曲线特点,分为初始阶段和稳态阶段2个阶段进行数据处理。利用Einstein关系求出了稳态阶段的扩散系数D,由Arrhenius表达式求出了纳米单晶氩的稳态扩散常数D0为0.100 004 509 m2/s、稳态扩散激活能Q为4.848 81×10-21J。     

铜在铍晶体中扩散系数和浓度分布的理论研究

惯性约束聚变实验中铜在铍晶体中的扩散是影响靶丸性能的重要因素. 采用分子动力学方法研究了铜在铍晶体中的扩散系数,并分析了铜在铍晶体中扩散浓度和深度的关系. 研究结果表明在低温区域铜掺杂浓度较大的体系中扩散系数明显较大. 当铜掺杂浓度为1.0 at%时其扩散系数与实验符合很好. 在靶丸热解条件下使用扩散方程得到铜原子扩散浓度和深度分别为0.06 at%和6.2 um. 10 um厚的0.5 at%铜掺杂层可以降低铜在铍晶体中扩散的深度. 这些研究能为制备性能更高的靶丸提供有用的帮助.     

基于充电电压片段的锂离子电池状态联合估计方法

锂离子电池的荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)和剩余使用使命(RUL)是锂离子电池安全稳定运行的重要状态参数,本文提出一种基于充电电压上升片段的锂离子电池状态联合估计方法,实现对电池预测起点(SP)到寿命终点(EOL)的较长运行周期内SOC、SOH和RUL的联合估计.该框架在充电阶段进行SOH和RUL估计,在放电阶段进行SOC估计.首先提取电池恒流充电电压曲线片段的上升时间作为健康特征(HF),以HF作为输入,循环容量作为输出,建立最小二乘支持向量机(LSSVM)电池老化模型,对当前健康状态进行估计;采用等效电路模型对该电压区段进行非线性拟合,用拟合参数建立状态空间模型,结合无迹卡尔曼滤波算法进行SOC估计;用高斯过程回归时间序列模型对电池的健康特征序列进行建模,通过循环次数外推预测健康特征的变化趋势,并结合LSSVM老化模型,对RUL进行预测并给出置信区间.实验结果表明,所提方法具有较高的估计精度和较好的稳定性.     

从头计算确定FeAs超导层能够作为锂离子电池的新型负极材料（英文）

通过第一性原理计算发现这些传统的铁基超导层状材料(Fe As)不仅十分适合作为锂离子电池负极,同时它们还具有1 044 mA h/g的高理论容量,几乎是传统石墨负极材料的三倍容量.计算证实,在第一次充电过程中,Li/Fe As将首先通过两步转换反应形成最终产物Li3As和Fe.在接下来的放-充电过程中则主要通过As和锂离子之间的合金化反应来实现电池的可持续充放电,其电化学平台分别为0.77 V和1.66 V,这与硅负极材料的合金化反应机理十分类似.鉴于这类材料高的能量密度及好的动力学性能,我们有理由相信铁基超导层状材料可以作为一种复杂功能化的电极材料而应用于未来的电池储能系统.     

利用分子动力学方法研究吸附原子在Re（0001）表面的自扩散行为

利用分子动力学与分析型嵌入原子模型,研究了吸附原子在Re(0001)表面的自扩散行为.本文计算的扩散系数符合Arrhenius关系.扩散激活能与前因子从Arrhenius关系得到.计算的扩散激活能与低温场离子显微镜实验结果吻合,而前因子与一般理论计算结果相符.     

酚醛树脂包覆石墨化针状焦用作锂离子电池负极材料的研究

通过对石墨化针状焦进行酚醛树脂包覆,提高其用作锂离子电池负极材料时的首次库仑效率和循环性能。结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微技术(SEM)等分析手段研究发现:未包覆的石墨化针状焦的首次充电容量和首次库仑效率分别为269 mA.h/g和55.0%;而经过w=10%酚醛树脂包覆的石墨化针状焦,其首次充电容量和首次库仑效率分别提高到327 mA.h/g和69.9%,且经20次充放电后的充电容量能稳定在299 mA.h/g,循环效率接近100%,表明酚醛树脂包覆能较好地改善石墨化针状焦的电极性能。     

超临界CO_2在致密油藏中的扩散前缘预测

国内外大部分学者认为超临界CO_2在致密油藏中的扩散是吞吐提高采收率的关键因素之一。通过设计基质-裂缝模型结合压降法搭建了测定超临界CO_2在饱和油岩芯中扩散系数的实验装置,系统研究了压力、储层物性等油藏条件对超临界CO_2扩散系数及浓度分布的影响规律,建立了超临界CO_2浓度场及扩散前缘的预测方法。实验结果表明,超临界CO_2在致密岩芯(0.06 mD)中的扩散系数为10~(-12) m~2/s数量级,扩散系数随着初始注气压力的升高而增大,最终趋于平缓,但在临界压力点附近出现最大扩散系数;扩散系数随基质渗透率和孔隙度增大而增大,随岩芯迂曲度的增大而快速递减。经过900 d扩散,扩散前缘仅前进了0.095 m,因此,在致密油藏CO_2吞吐现场作业周期内忽略扩散作用是合理的。在扩散后期,CO_2浓度梯度越来越小,扩散速度逐渐降低。     

基于双充电状态的锂离子电池健康状态估计

针对锂离子电池实际应用中存在不完全充放电而导致的充电起始点及截止点不确定问题,提出一种基于双充电状态因子的电池健康状态估计方法.搭建电池老化实验台架,采用8块镍钴锰锂离子电池进行老化实验;区别于传统单状态因子估计,选取不同老化阶段下恒压充电状态前端等时间差的电流平均值,以及恒流充电状态末端等幅值电压的充电时间构造健康因...     

基于VM7205的锂离子电池充电系统

锂离子电池本身的良好特性,使得其在便携式产品(手机、笔记本电脑、PDA等)中的应用越来越广泛,用于锂离子电池的充电器在功能上也要求日趋完善。根据锂离子电池的充放电特性,采用VM7205专用锂离子电池充电管理芯片,设计一款锂离子电池充电器,具有高精度预充电、恒定电流充电、恒定电压充电、电池状态检测、温度监控、充电状态指示、电池内阻补偿等功能。     

基于充电数据的多阶段锂离子电池健康状态估计

锂离子电池的健康状态估计是锂离子电池寿命评估和健康管理的基础.文中针对实际应用场景中充电数据的缺失,提出一种实用的多阶段电池的健康状态估计方法.研究中根据电压大小,将充电过程划分为3个阶段,分别提出了具有针对性的电池的健康状态估计方法.特别是对于恒流电压过渡阶段,在恒流数据和电压数据都严重缺失地情况下,利用卷积神经网络的数据挖掘能力,直接建立了电压电流数据与电池的健康状态的关系,在锂离子电池的长期老化实验数据研究基础上对所提出的方法进行了验证.结果表明,该方法具有估计精度高、应对严重数据缺失的能力强、对电池不一致性鲁棒性强等优点.     

卤化锂晶体表面的锂离子水合团簇扩散的模拟研究

采用分子动力学模拟方法探讨了锂离子水合团簇分别在氟化锂、氯化锂、碘化锂晶体表面的扩散。分别构建1至4个水分子的4种锂离子水合团簇,观察不同时刻锂离子水合团簇的分布状况,统计了锂离子水合团簇在氟化锂晶体表面的扩散系数。结果表明锂离子水合团簇在不同的卤化锂晶体表面的扩散不同,并且不同水分子个数的锂离子水合团簇在氟化锂晶体表面的扩散的差异很大。     

用昂萨格唯象关系估算嵌入型电极材料中锂离子表观扩散系数

锂离子嵌入型电极材料中锂离子和电子会在二者电化学位梯度的推动下流动,锂离子的"嵌入"和"脱出"涉及锂离子和电子在电极材料中的扩散过程。导出了用著名的昂萨格唯象关系估算的等温条件下锂离子表观扩散系数和电子表观电导率的计算通式,并给出在磷酸铁锂(LixFe-PO4)正极中锂离子表观扩散系数D*1的估算实例。计算结果表明:D*1随嵌入度x的变化,主要是由于系统内部电场对浓度场的影响所造成的,而与离子流和电子流之间的相互作用关系不大。在x很小、电极材料组成接近FePO4相时D*1值很大,如在x=0.01处D*1的计算值为10-12cm2.s-1,但随着x的增加D*1值急剧下降;在x=0.1~1.0之间,D*1值下降趋缓,约为10-13~10-14cm2.s-1,其均值约为8×10-14cm2.s-1;当x=1.0且电极材料组成为LiFePO4相时,D*1值最低,约为2×10-14cm2.s-1。     

基于USB接口的锂离子电池充电电路设计与实现

介绍了锂离子(Li-ion)电池的基本情况,分析了PC机USB接口用作锂离子电池充电电源的可行性,分别给出了三个可以实际使用的USB接口充电方案,并作了分析和对比.具有很强的实用性和推广价值.