基于电极产热分布的锂离子动力电池热模型

在锂离子电池得到广泛使用的同时,热安全一直是制约锂离子电池进一步发展的重要障碍。通过构建锂离子电池二维电极电-热模型和三维单电池热模型,将二维电极产热分布加载到三维单电池热模型中,同时将三维单电池热模型的温度分布映射到二维电极模型上。对比绝热环境下1C放电和2C放电仿真与实验数据,表面温度与产热率误差均小于5%。基于电极产热分布的热模型可以准确的模拟不同工况下单电池的产热率和温度分布。仿真结果表明产热率在电极上的分布随放电时间而变化;放电倍率对电池温度分布规律没有影响,中心区域温度最高;放电倍率越大,单电池内的温差越大。     

氮化硼复合石墨毡及其氧还原电极的电化学性能研究

为了提升石墨毡作为氧还原电极的电化学性能,将五硼酸铵热解生成氮化硼原位复合至石墨毡碳纤维上,具体探究了不同比例氮化硼/石墨毡复合材料用作锂—空气电池的氧还原电极时的电化学性能,其中10%比例下氮化硼/石墨毡的电化学性能最佳,主要表现在首次深度放电容量较原始石墨毡提升了20%,首次放电充电的氧还原反应和氧析出反应极化降低了约0.3 V.该方案操作简便,成本低廉且绿色无污染,对锂空电池性能的提升有较好效果.     

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.     

充电电压对铅蓄电池及其电极性能的影响

对铅蓄电池进行不同充电电压的充放循环试验,测量了循环寿命期间单电极电流与电位的变化关系,分析了电极的极化性能、充电特性及正极电位对板栅腐蚀及电池寿命的影响,并讨论了优化的充电方武。     

质子交换膜燃料电池多孔介质中水的两相迁移

在混合流动模型的基础上,建立了一个新的二维两相流模型来研究质子交换膜燃料电池内水分的传递规律和分布状态,在该模型中,催化剂层作为一个有厚度的实体包含在电极中.模型耦合了质子交换膜燃料电池电极中的流动方程.组分方程、催化剂层和质子交换膜中的电势和电流密度分布方程,可以应用在质子交换膜燃料电池的阴极,也可以使用在阳极.同时,模型还考虑了相变引起的液相和气相间的动量变化,重点模拟了水分在燃料电池的阴极、阳极和质子交换膜中的传递规律及其分布状态.模拟结果显示:升高加湿温度、提高电流密度和降低电池温度都会使电池质子膜中的水分含量增大,质子传导率升高,也会使阴极中液态水含量增加,阴极浓差极化加剧.     

掺杂LaNiO3型双功能氧电极的电化学性能

双功能氧电极的开发是二次空气电池的关键问题,以开发高性能的双功能氧电极为目的,制备了 LaNi1-yMyO3(M=Co,Fe;y=0,0．2)钙钛矿氧化物作为双功能氧电极的电催化剂,以活性碳为载体,聚四氟乙烯乳液为粘接剂制备双功能氧电极．采用三电极体系测试了氧电极的稳态极化曲线和电化学交流阻抗谱,并对其阴极极化和阳极极化的交流阻抗谱图进行分析．通过等效电路的拟合研究了该系列双功能氧电极氧还原反应的工作机理．结果表明,对于LaNiO3化合物,B位掺杂可显著提高催化剂的电催化性能,电极氧还原反应的极化主要由电荷转移反应和Nernstian扩散过程造成．     

锂-氧气电池氧电极催化的研究进展

锂-氧气电池由于具有极高的理论比能量而受到广泛关注,被认为是最具发展前景的下一代高比能二次电池体系.然而,其复杂的反应历程及迟滞的多相反应动力学使其充放电过程的极化严重,造成能量效率低下、倍率性能和循环性能较差等诸多问题,制约了其商业化应用进程.催化是改善反应动力学的关键,因此,氧电极催化剂的设计与开发成为锂-氧气电池...     

质子交换膜燃料电池膜电极再发电性能的研究

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极(MEA)的二次发电性能进行了研究.由单电池的电性能测试表明,二次使用时MEA的开路电压下降5.0%,最大电流密度和最大功率均降低约50.0%.SEM的测试结果显示,二次使用的MEA的表面有催化层脱落现象,减少了电极的活性反应区域,降低了其发电性能.     

锂离子电池电极放电深度分布和产热分布研究

锂离子电池电极上的电压和电流分布会导致电极各处产热率和放电深度的不同,进而影响整个单电池的温度分布和放电性能.通过构建锂离子电池电极模型,用以分析电压、电流、产热率、放电深度在锂离子电池电极上的分布.仿真结果表明:靠近极耳区域处的电压梯度及穿过隔膜电流梯度明显大于其他区域;电极上的产热率分布与穿过隔膜电流密度有关;在放电过程中会优先消耗靠近极耳处的活性物质,导致此处的放电深度一直大于平均值;锂离子电池电极放电深度一致性随放电时间增加而提高,而产热率分布一致性则会出现交替增大、减小现象.     

导电剂对锂离子电池负极材料钛酸锂电化学性能的影响

研究了乙炔黑、碳纤维和两者的混合物这3种导电剂及用量对锂离子电池负极材料钛酸锂大电流充放电性能的影响.结果表明:导电剂的种类对电极的电化学性能影响较大.粒状乙炔黑表面积丰富但不利于导电网络的形成,电极的极化严重;线性导电剂碳纤维具有较好的导电性和较高的长径比,但与活性物质接触面积小;线性导电剂碳纤维与粒状导电剂乙炔黑相配合,在电极中不但能够形成良好的导电网络,还与活性物质具有较大接触面积,减轻了电极的极化,提高了锂离子二次电池的大电流充放电性能.     

基于分布参数燃料电池模型的SOFC-GT混合发电系统模拟

针对混合发电系统模拟需求,建立管式SOFC准二维分布参数模型,沿流道方向考虑传热、传质数学模型,沿电池厚度方向考虑电化学反应以及多孔电极中的多组分气体扩散。结合系统其他部件(燃气轮机、重整器、换热器等)模型,对某公司220 kW SOFC-GT混合发电系统进行模拟分析,模拟了参比工况电池参数分布,研究了可控参数(工作电压、入口燃料流率、燃料循环比率、旁路空气比率)对系统性能、状态点参数及电池参数分布的影响规律。结果表明:系统参比工况稳态运行效率在52%以上,过电位、电流密度和温度沿流道方向变化显著,明显呈现非线性趋势,燃料、固体、空气的温度也有较大差异,在系统运行特性分析中有必要采用分布参数模型以合理描述电池中发生的物理化学变化。     

碱性阴离子交换膜燃料电池实验及数值模拟

针对碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)水管理开展了实验及数值模拟工作,使用Tokuyama A201膜制备并组装了实验室规模的AEMFC单电池,建立了一个基于质量守恒、组分守恒及电荷守恒的碱性阴离子交换膜燃料电池二维稳态等温模型,用于研究电池性能及内部水传输机理。通过模型计算分析电池性能及内部水传输和水分布情况,结果表明:计算预测得到的特定参数下的极化曲线趋势与单电池测试的数据吻合良好;电流密度增加会增大水从阳极到阴极的净通量,有利于阴极反应的进行;电池两极均需进气加湿,提高阳极进气湿度可以加快水从阳极到阴极的净迁移,在较高电流密度下阴极进气湿度过低对电池性能影响较大。     

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.     

磷酸铁锂电池低温性能的研究

为了提高磷酸铁锂(LiFePO4)电池的低温性能,采用电导率较高的碳纳米管作为磷酸铁锂电极的导电剂,以LiFePO4和金属锂为正负极材料,低温性能测试结果表明,碳纳米管在电极中易形成良好的导电网络,减轻电极的极化,能有效改善磷酸铁锂电池的低温放电性能.     

多孔电极极化理论——Ⅱ.有欧姆极化的电极稳态的解和导电特征电流

本文得到气体扩散多孔电极在欧姆极化和液相依差极化下的极化状态的解。提出了表征电极导电性能的“导电特征电流”。推导了由电极电流与特征电流的比值推算电极内部过电位分布、电流分布、浓度分布、电极利用率、有效反应深度以及极化曲线偏离度的关系式、简化关系式及关系曲线。     

催化铁氧腐蚀电池处理活性艳红的电化学机理

用紫外扫描吸收光谱、电化学循环极化、腐蚀电位监测和恒电位电解等方法研究了催化铁氧腐蚀电池处理活性艳红X-3B的电化学机理,结果表明,活性艳红X-3B在铁氧腐蚀电极上发生了电化学还原而分解成小分子,达到脱色的目的,但模拟废水CDO下降不大,电极反应过程属扩散步骤控制。     

电池用化学二氧化锰的研究与发展

本文综述了电池用化学二氧化锰的制备、电化学性能的提高方法及放电机理与可充电性的研究。提出了影响电池可充电性的主要因素是电池反应的可逆性与电极结构的充放电可逆性。     

质子交换膜燃料电池电压损耗

质子交换膜燃料电池电压损耗的定量分析,对于寻求膜电极性能的提升空间具有重要的参考意义。该文以实验室自制的膜电极为研究对象,对其内部损耗、 ohm极化、活化极化以及浓差极化依次进行了实验分析。结果表明:在阴极铂载量为0.2 mg/cm~2的膜电极中,活化极化在整体电压损耗中所占比例最高,这一现象在低温下愈发明显; ohm极化的占比最小,电流密度为1 550 mA/cm~2时,其最大值约为0.09 V;浓差极化在低电流密度区域的影响较小,在大电流密度区域以指数形式增长。经过对浓差极化的分析发现, 40%～44%的氧气扩散阻力主要来源于气体扩散层内的分子扩散阻力, 43%～50%的氧气扩散阻力主要来源于氧气穿过离聚物层到达铂表面的阻力。     

过度充电对全钒液流电池性能的影响

目的研究过度充电对全钒液流电池性能和使用寿命的影响.方法通过试验获得全钒液流电池的充放电特性和交流阻抗特性;采用扫描电镜获得过度充电后电池电极和质子交换膜表面特征;运用等效电路法获得过度充电后全钒液流电池内部阻抗等效元件和等效电路,分析过度充电对电池等效元件阻抗的影响;运用SEM图解释等效阻抗变化规律.结果过度充电后,钒液流电池交流阻抗图谱出现Warburg阻抗区,电池流场、电极石墨毡和质子交换膜均出现不同程度的腐蚀现象.结论过度充电后,电池内部电荷传递阻力和石墨毡内反应物、生成物的扩散阻力增大,等效欧姆阻抗增大,而对法拉第阻抗影响较小.     

空气扩散电极的结构对扣式锌空气电池性能的影响

为了研究空气扩散电极的结构对扣式锌空气电池性能的影响,采用辊压法制作了单层膜、三层膜和两种不同结构的双层膜分别作为扣式锌空气电池的空气电极;测试了空气电极的透气性、极化曲线;并测试了用各种膜电极制作的扣式锌空气电池的放电性能.研究结果表明,单层膜空气电极的透气性能最好,在相同的极化电位下的极化电流密度最大;三层膜空气电极防漏液性能相对最好;催化层与透气层直接接触的双层膜电极由于具有较好的透气性、放电电流密度较高、防漏性能好并延长了电极使用寿命,因而由其装配所得的扣式锌空气电池具有最长的放电时间和最高的平均工作电压.