2024年, 第48卷, 第10期　
刊出日期：2024-10-20

  

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本刊特约
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  基于提锂渣制备磷酸铁及其高值化利用研究

  刘淳, 肖凡, 杨则恒, 高德堃, 蒋龙进, 张卫新

  电源技术. 2024, 48(10): 1867-1874. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.001

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  随着锂离子电池的广泛应用,废旧锂离子电池逐年增加,其回收和循环利用迫在眉睫。目前关于废旧锂离子电池LiFePO₄正极材料的回收主要是关注锂的提取回收,而对剩余的低附加值提锂渣的回收利用研究甚少。基于酸浸提锂渣,采用磷酸-硫酸混合酸浸回收制备磷酸铁,并探究其高值化利用途径。在最佳实验条件下,提锂渣中磷酸铁的浸出率达到99.69%,结晶产率达到97.14%,综合回收率达到96.83%。再生磷酸铁符合电池用磷酸铁标准,基于回收的磷酸铁制备的磷酸铁锂正极材料表现出良好的电化学性能,在0.1 C和5 C下,其放电比容量分别达到155.1和129.0 mAh/g,5 C下循环300次后,容量保持率为98.4%。该工作为提锂渣的大规模回收与循环利用提供了可行途径。
综述
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  膨胀石墨基复合双极板的研制进展

  李志杰, 裴淏, 甘全全, 李平

  电源技术. 2024, 48(10): 1875-1883. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.002

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  质子交换膜燃料电池(PEMFC)被誉为21世纪最清洁高效的能源装置之一,双极板是其重要组成部分,其性能的优劣直接影响到PEMFC的应用前景。膨胀石墨基复合双极板具有良好的耐腐蚀性、导电导热性、气密性,并且集成了传统石墨和金属双极板的优点,成为目前PEMFC用双极板的研究重点。比较了天然石墨、人造石墨、膨胀石墨三种石墨材料制备出的双极板的性能优劣,列举了膨胀石墨基复合双极板成型所需的各类树脂材料,介绍了三种主流成型方法及工艺,分析了影响膨胀石墨基双极板性能的主要因素,展望了膨胀石墨基复合双极板未来的研究方向。
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  可充电氟离子电池电解质研究与应用

  段新平, 田庆斌, 李明强

  电源技术. 2024, 48(10): 1884-1892. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.003

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  氟离子电池(FIB)是基于氟离子穿梭驱动的低成本新型储能系统,具有比锂离子电池(LIB)更高的理论能量密度,作为下一代可充电电池引起了学术界的广泛关注。然而,FIB仍处于早期开发阶段,需要解决许多技术问题。用于FIB的电解质要求具有高离子导电性,并需要满足在循环过程中对电极反应保持稳定的要求。综述了FIB研究过程中使用的固态和液态电解质,分析了基于不同电解质的电池的性能特征,为FIB电解质进一步的研究方向提供了参考。
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  高镍三元锂离子电池正极材料改性研究进展

  张一博, 后小毅, 赵亮, 胡雷雷, 许乐, 高艳龙, 康宇龙

  电源技术. 2024, 48(10): 1893-1900. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.004

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  高镍三元锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、安全性能好、无记忆效应等优点,被认为是下一代最有潜力的高能量密度锂离子电池。但在使用过程中出现的阳离子混排、微裂纹、结构不稳定等问题导致了较差的循环性能、倍率性能、热稳定性,限制了其进一步发展。鉴于此,综述了近年来对三元正极材料的改性方法,介绍了体相掺杂、表面包覆、多元素改性的方法对三元正极材料的性能影响,并展望了未来发展趋势和应用前景。
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  动力电池液冷板换热技术研究现状

  辛佳琦, 万长东, 朱珠

  电源技术. 2024, 48(10): 1901-1907. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.005

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  动力电池液冷换热技术目前发展较为成熟,其中液冷板换热是常见的液冷换热形式,直接影响着动力电池的换热性能。分析了液冷板换热技术发展脉络,结合其换热原理,从液冷板结构、流道尺寸优化、冷却液介质及液冷板制造工艺分析了动力电池液冷板换热技术的研究现状。研究发现：新型结构型式液冷板的换热性能高,但其结构复杂,制造难度大;液冷板流道尺寸优化可提高换热效率并节省系统能耗;乙二醇溶液是目前常见的冷却液介质,一些高性能新能源车采用纳米流体冷却液;采用冲压、钎焊工艺制造的液冷板广泛应用于新能源汽车。
研究与设计
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  哌啶功能化聚苯乙烯/PTFE复合阴离子交换膜研究

  周军营, 赵云, 周利, 邵志刚

  电源技术. 2024, 48(10): 1908-1914. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.006

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  阴离子交换膜是阴离子交换膜燃料电池的关键材料,对燃料电池性能起着至关重要的作用。在不同孔径的聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜内,通过原位热聚合的方法将氯甲基苯乙烯、甲基丙烯酸六氟丁酯和二乙烯基苯共聚制备成膜,采用N-甲基哌啶(DMP)对膜进行功能化得到哌啶功能化聚苯乙烯/PTFE复合阴离子交换膜(QAPTFE/PVH)。采用三种孔径(1、0.45和0.22 μm)PTFE多孔基膜,分别制备了三种复合阴离子交换膜QAPTFE/PVH-1、QAPTFE/PVH-0.45和QAPTFE/PVH-0.22。测试了不同膜的吸水率、溶胀率、离子交换容量和离子电导率等性能,发现QAPTFE/PVH-1具有较高的吸水率和溶胀率,分别为88.06%和50.42%,80 ℃下电导率达34.44 mS/cm。在65 ℃、H₂/O₂气体流速均为0.5 L/min和操作压力为0.1 MPa条件下,QAPTFE/PVH-1膜的单电池峰值功率密度达278.4 mW/cm²。此外,QAPTFE/PVH复合膜的开路电压均高于1.0 V,表明复合膜具有较好的燃料阻隔能力。在80 ℃的3 mol/L KOH中测试了三种QAPTFE/PVH膜的耐久性,14 d后离子交换容量(IEC)的保留率分别为93.98%、91.88%和92.55%,表明QAPTFE/PVH膜具有较好的耐久性。
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  基于钛毡的多孔传输层不同参数对PEMWE极化性能的影响

  李棒, 张恩道, 李光福, 章俊良, 柯长春

  电源技术. 2024, 48(10): 1915-1921. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.007

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  研究了不同参数的阳极多孔传输层在质子交换膜水电解中的极化特性。结果发现,铱钌镀层可降低电解池的欧姆极化和电荷转移极化。同时,钛毡厚度为0.2 mm,通孔面积集中在40 μm²,孔隙率为60%时,其欧姆极化和传质极化有所降低。基于上述结论,设计了一款性能良好的定制钛毡。在3 A/cm²的电流密度下,该阳极钛毡的水电解电压为2.11 V,而普通钛毡的水电解电压为2.40 V。
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  二氧化锰晶型对MSMFCs阴极电化学性能的影响

  魏书香, 李洋, 钟莲, 金顶峰, 付玉彬

  电源技术. 2024, 48(10): 1922-1930. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.008

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  海水环境中较低的阴极催化活性严重限制海泥电池(MSMFCs)长期输出功率。碳毡阴极经二氧化锰(MnO₂)改性可显著提高海泥电池阴极溶氧还原动力学和电化学性能,进而提升电池输出功率。利用水热法合成4种晶型(α、β、γ和δ)MnO₂用于海泥电池阴极改性,研究了4种晶型MnO₂对海泥电池阴极电化学性能的影响并进行了机理分析。结果表明,与空白对照组相比,4种晶型MnO₂均可显著提高阴极抗极化性能、电容性能、交换电流密度和最大输出功率;其中,β-MnO₂由于具有高浓度的Mn³⁺和氧空位,大幅提高了阴极氧还原活性和电化学性能,使比电容最高达846.08 F/m²,功率密度最高达700.2 mW/m²。该结果有利于促进设计低溶氧海水条件下海泥电池阴极,进而开发高功率海底原位电源。
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  Mo掺杂La_0.5Sr_0.5FeO_3–d基阳极材料对DC-SOFC性能的影响

  刘倩, 周安宁, 刘国阳, 王俊哲, 张致, 白状伟

  电源技术. 2024, 48(10): 1931-1941. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.009

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  采用溶胶-凝胶法合成了系列La_0.5Sr_0.5Fe_1–xMo_xO_3–d(LSFM_x,x=0,0.07,0.11,0.15)材料,为提高该材料与电解质的相容性,进一步采用机械混合法制备了La_0.5Sr_0.5Fe_1–xMo_xO_3–d-Gd_0.1Ce_0.9O_2–d(LSFM_x-GDC)复合材料,并以其为阳极,Ag-GDC为阴极,淖毛湖煤半焦为燃料,研究了Mo掺杂对直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)催化活性及稳定性的影响。采用X射线衍射光谱法(XRD)表征了系列LSFM_x材料的相结构,进一步采用XRD、扫描电子显微镜法(SEM)、一氧化碳程序升温脱附(CO-TPD)和X射线光电子光谱法(XPS)研究了系列LSFM_x-GDC阳极材料的相组成及对电池的影响机制。与LSF-GDC相比,Mo掺杂提高了阳极材料在还原性气氛下的稳定性,并促进了氧空位的形成,提高了该阳极材料对CO的吸附性能。LSFM_0.11-GDC为DC-SOFC阳极时,电池的最大功率密度为83.24 mW/cm²,极化电阻为0.97 Ω·cm²,放电时长可达5.97 h,与LSF-GDC为阳极的电池相比,功率密度提高了59%,放电时长增加了3倍。研究结果对于DC-SOFC钙钛矿阳极材料的制备与应用有一定的理论意义。
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  空气助烧法制备燃料电池用氧还原单原子催化剂

  杨代辉, 马东伟, 田合鑫, 史晓斐, 刘富亮, 陈晓涛

  电源技术. 2024, 48(10): 1942-1946. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.010

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  通过空气助烧将质子酸盐[pPDA][2 HSO₄]在高温环境下碳化制备出N掺杂的多孔碳材料,将多孔碳材料与铁盐乙醇溶液混合,再经过高温处理,制备了高活性的氧还原单原子催化剂(single-atom catalyst, SAC)。该方法直接用空气助烧制备出多孔碳材料,同时省去毒性气体用于刻蚀与掺杂多孔碳材料的繁杂过程,简单高效地制备了燃料电池用单原子催化剂。制备的SAC样品在电催化氧还原反应中的半波电位达到了0.852 V (vs. RHE),起始电位达到0.959 V (vs. RHE),半波电位比Pt/C催化剂正移31 mV,起始电位比Pt/C催化剂正移44 mV。
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  离子交换树脂对氢燃料电池冷却液的影响

  李杰, 王峰, 孟洋洋, 贾东, 谭凯锋, 李洪智

  电源技术. 2024, 48(10): 1947-1952. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.011

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  氢燃料电池汽车常用去离子器来降低燃料电池冷却液的电导率,去离子器中的离子交换树脂对冷却液的影响是值得研究的。研究了燃料电池循环冷却系统中使用的离子交换树脂对冷却液缓蚀剂的影响,包括离子交换树脂对缓蚀剂苯并三氮唑(BTA)和甲基苯并三氮唑(TTA)的吸附行为,BTA吸附速率的影响因素,考察了燃料电池汽车运行时冷却液中BTA的浓度变化和电导率。研究结果表明,相同条件下,树脂用量、工作温度和搅拌速度均能够增大树脂对冷却液中BTA的吸附速率。吸附BTA饱和后的离子交换树脂仍能继续吸附冷却液中的离子,并解析出BTA。氢燃料电池冷却液装车运行2 500 km后,BTA浓度基本保持不变,维持在600 mg/L左右。研究结果可以为氢燃料电池冷却液的开发以及去离子器的使用提供指导。
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  薄膜PEMFC无加湿运行工况区间研究

  向鑫, 陈小松, 卢星辰, 詹志刚

  电源技术. 2024, 48(10): 1953-1959. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.012

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  为探究相对湿度对薄膜质子交换膜燃料电池性能的影响,建立了阴阳极流场流道相互垂直形式的薄膜燃料电池三维稳态模型进行模拟研究,同时以相同结构的电堆进行实验验证。结果表明：对于12 μm薄膜质子交换膜燃料电池(PEMFC),在一定背压(100~250 kPa)与温度范围(70~90 ℃)内,以及阴极相对湿度为0/100%、阳极相对湿度为0运行时,I-V曲线上存在加湿后性能提升、不变及下降三个区间;加湿后性能提升与不变区间随温度升高而减小,随压力增大而增大;加湿后性能下降区间随温度升高而增大,随压力增大而减小。在80 ℃、150 kPa条件下,电池在低于1 200 mA/cm²运行,加湿后性能略有提升,在1 200~1 400 mA/cm²加湿后性能没有变化,在高于1400 mA/cm²加湿后性能下降。说明该结构的电池可以实现无加湿运行。
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  带偏心轮夹紧装置PEMFC封装结构设计与性能研究

  代元军, 王英杰, 李保华

  电源技术. 2024, 48(10): 1960-1965. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.013

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  针对传统质子交换膜燃料电池(PEMFC)螺栓封装结构容易出现的局部应力集中的问题,设计出一种带有偏心轮夹紧装置的封装结构,并建立相应三维模型;对新型封装结构和传统螺栓封装结构进行等效应力和变形量的仿真分析;计算得出两种封装结构下的界面接触电阻值以及功率密度曲线。结果表明：相比传统螺栓封装结构,带有偏心轮夹紧装置的封装结构可以改善螺栓及端板上应力集中的问题,降低界面电阻,提高电池性能。本研究不仅为传统PEMFC螺栓封装结构的优化提供了一种可行的方案,而且对于燃料电池封装领域的研究具有重要意义。
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  蒸发结晶法从Fe³⁺-PO₄^3–-HNO₃体系中合成FePO₄

  赵毅, 孙亮, 刘梦辉, 王应哲, 李玉虎

  电源技术. 2024, 48(10): 1966-1972. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.014

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  以价廉的Fe(NO₃)₃·9 H₂O和H₃PO₄为原材料,通过蒸发结晶的方法制备出高纯FePO₄·2 H₂O,再将FePO₄·2 H₂O焙烧得到FePO₄,将其与电池级Li₂CO₃、葡萄糖混合,行星球磨后,在600 ℃下氮气氛围的管式炉中焙烧,合成电池的正极材料LiFePO₄/C并组装电池。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、粒度分析对制备的磷酸铁进行形貌结构、尺寸的表征分析。结果表明,使用蒸发结晶的方法可实现FePO₄的制备。改变实验条件可达到FePO₄微观结构可控。最优条件下所得产品FePO₄纯度高、结晶度好、粒度分布均匀。用其制备LiFePO₄/C,以0.1 C放电,首次放电比容量为151.1 mAh/g,0.2 C循环100次后,容量保持率可达到95.36%。
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  分散剂对负极及电池性能的影响

  李保鹏, 赵俊丽, 常艳, 蔡洪波

  电源技术. 2024, 48(10): 1973-1979. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.015

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  浆料的微观结构对电池性能起关键作用,因此改善浆料中各组分的分散状态以及阻止颗粒之间的团聚尤为重要。研究了不同含量的分散剂LD1对负极片以及电池倍率、低温、循环、高温自放电性能的影响,结果表明在负极浆料加入0.2%(质量分数)分散剂LD1,可以改善各组分的分散状态,提高浆料的稳定性。与未添加分散剂的浆料相比,涂布得到的负极片反弹率、面内阻、粘结力变化较小。用该极片制备的电池2.0 C充电后负极片界面良好,而未添加分散剂的电池负极片析锂;–20 ℃@0.5 C放电时,中值电压比未添加分散剂的电池高23 mV,–20 ℃@0.5 C充电恒流比从13.1%升高至80.0%;常温1.0 C循环2 500次的容量保持率为81.4%,相比未添加分散剂的电池提高了34.0%;而且高温循环、高温自放电性能与未添加分散剂的电池无明显差异。此外,与添加0.2%(质量分数)分散剂PVP-K30进行对比,负极浆料中添加0.2%(质量分数)分散剂LD1更有利于提高电池倍率充电、高温循环性能。
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  长周期循环和高温搁置对隔膜性能的影响

  汪杰, 王从周, 周雪峰, 苏峰, 曹勇

  电源技术. 2024, 48(10): 1980-1984. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.016

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  随着新能源行业的蓬勃发展,对锂离子电池安全性能的要求越来越严苛。因此,研究隔膜在长周期循环和高温搁置过程中物化性能变化的需求越来越急迫,探究了在长周期循环和高温搁置条件下的隔膜物化性能及力学性能。结果表明,长周期测试对涂敷隔膜的基膜并没有造成影响,隔膜的拉伸强度、穿刺强度、断裂伸长率、闭孔温度和熔断温度并没有发生明显衰减,但是对隔膜的涂层造成了一定程度的影响,隔膜的透气性能和热稳定性能在长周期循环和高温搁置测试中都明显衰减。
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  三元锂离子电池中的异物金属颗粒研究

  徐亚杰, 郑永光, 郭江南, 李强, 袁园, 苏树发

  电源技术. 2024, 48(10): 1985-1990. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.017

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  通过在三元体系锂离子电池中准确地植入Cu、不锈钢(SUS304)、Cr、Fe、Zn、Al颗粒,探究金属颗粒在锂电池内部的变化和差异。并对含金属颗粒锂电池长时间静置过程中的电压进行测量和分析,推测出金属颗粒可能引起电池自放电异常的临界尺寸。相对其他金属颗粒,Cu颗粒在更小的尺寸范围能够引起锂电池更高的异常自放电,需要重点关注。研究锂电池内部的金属颗粒对锂离子电池生产过程管控,评估锂离子电池性能稳定性以及应用安全性具有重要的指导意义。
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  不同粘结剂对涂碳铝箔性能的影响

  韦宗辰, 王胜杰, 邱诗铭

  电源技术. 2024, 48(10): 1991-1999. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.018

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  研究了不同粘结剂对涂碳铝箔导电性能和粘结性能的影响。实验结果表明,粘结剂BS07(乳化剂含量6%)和CN07(乳化剂含量5%)的溶胀效果较好,其中粘结剂CN07的pH值更高,较好地改善了浆料稳定性。此外,粘结剂BP07(乳化剂含量8%)和CN07制作的涂碳铝箔剥离强度较好,更有利于磷酸铁锂涂层的吸附。而粘结剂CE07(乳化剂含量3%)配制的浆料稳定性较差。使用粘结剂CN07制作的涂碳铝箔面电阻更低,有利于降低电池极片的内阻。耐溶剂测试表明,各涂碳铝箔的耐电解液擦拭、耐电解液浸泡性能以及耐N-甲基吡咯烷酮(NMP)擦拭性能良好。外观测试表明,使用CN07粘结剂的涂碳铝箔涂层较均匀、细腻。粘结剂含量过高可能导致材料结构变得紧密,影响活性材料的利用率,增大电极电阻,从而影响电池的导电性能。但粘结剂含量过低可能会导致电极结构松散,影响电池的稳定性和寿命,同时可能导致电极脱落或损坏。CN07制备的电池容量最高且稳定。综上所述,使用粘结剂CN07的涂碳铝箔综合性能最佳,较好地改善了涂碳铝箔的导电性能和涂层的粘结性能。
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  废旧磷酸铁锂电池回收工艺研究

  谢玉昆, 夏宇博, 宋刘斌, 肖忠良

  电源技术. 2024, 48(10): 2000-2006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.019

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  以废旧磷酸铁锂正极材料中磷酸锂的回收为目标,设计单因素实验,采用磷酸对废旧磷酸铁锂电池粉末中的锂进行选择性浸出,得出锂元素浸出最佳工艺条件。磷酸浓度为3.41 mol/L,固液比为1∶5,在搅拌速度为500 r/min下,水浴温度70 ℃浸出3 h,锂元素的浸出率达到94.16%。随后通过氨水调节pH,得出锂元素沉淀最佳工艺条件：pH值为8的浸出液在60 ℃的水浴温度下反应2 h,沉淀率达到了96.78%。通过单因素实验,降低了实验成本,所设计的回收方案可在一定程度上缩短工艺流程,减少设备投入。
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  锂离子电池循环过程膨胀力与容量关系研究

  李丹华, 张晋杰, 马彪, 王炜娜, 刘仕强

  电源技术. 2024, 48(10): 2007-2012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.020

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  锂离子电池在循环老化过程中,内部会发生正负极活性材料结构塌陷、电解液分解产气等副反应,导致电池膨胀、容量衰减。研究电池膨胀力在其生命周期内的演化规律对于加强电池寿命管理具有重要工程意义,然而目前针对这一领域的研究少有文献报道。通过探究锂离子电池在老化过程中膨胀力与寿命的演变趋势,发现将电池在循环过程中的充电膨胀力峰值和容量值进行微分后,两者的绝对值呈现同时上升的趋势,表明电池膨胀力与循环寿命具有强相关关系。将膨胀力引入电池寿命预测模型可以提高锂离子电池寿命预警模型的准确性。
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  考虑未来功率需求的锂离子电池SOC多步预测

  陈瑞, 陈俐

  电源技术. 2024, 48(10): 2013-2021. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.021

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  为提高荷电状态(SOC)多步预测精度,提出了基于长短期记忆(LSTM)的编码器-解码器用于SOC多步预测,在输入中考虑未来电池功率序列,在编码器和解码器上依次提取历史特征序列和未来功率序列的时间依赖信息。以某全电动飞机用锂离子电池包为应用案例,采集电池实验平台测试数据构建训练集和测试集,通过五折交叉验证选择模型的超参数。预测时长为300 s时,平均绝对误差、最大绝对误差和均方根误差分别为0.423 1%、2.484 7%和0.645 0%。与没有输入未来功率的SOC多步预测模型进行对比,验证了在输入中增加未来功率能有效提高预测精度,与同样输入所有特征的多层感知机进行对比,验证了LSTM编码器-解码器具有更好的预测性能。
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  基于充电曲线特征的退役动力电池容量估计方法研究

  赵光金, 孟高军, 董锐锋, 苏令, 于鹏飞

  电源技术. 2024, 48(10): 2022-2030. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.022

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  退役动力电池的容量是划分电池梯次应用场景的关键参数。电池荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)估计是设计安全、高效电池管理系统的重要依据。容量参数测量时间尺度长,易受运行工况、工作环境等因素的影响,其估计问题一直是阻碍退役电池大规模梯次利用的难题之一。以三元锂电池为研究对象,提出一种基于充电曲线电压特征点的退役动力电池容量快速估计方法,将基于1 C下的恒流充电(CC)阶段电压-时间曲线分为两个电压区间,从中提取容量估计特征参数;随后,采用支持向量回归方法构造容量估计模型,并对照实测数据,验证该方法的有效性与准确性。
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  基于模糊逻辑控制的锂电池主动均衡策略研究

  陈靖, 卢玉斌

  电源技术. 2024, 48(10): 2031-2039. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.023

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  针对电池组存在单体不一致的现象,提出一种改进式Buck-Boost均衡拓扑结构,实现了相邻单体间能量快速转移。根据电池开路电压(open circuit voltage, OCV)与荷电状态(state of charge, SOC)曲线特性,采用基于荷电状态和电池电压的模糊逻辑控制策略(FLC)实现均衡控制。使用MATLAB/Simulink软件进行模型搭建和仿真,仿真结果表明,相比传统Buck-Boost电路在相邻单体间传递能量的拓扑,所提出的能量传递拓扑的均衡时间减少了68.27%。相较于最大值均衡策略,基于多变量融合FLC算法在充电和放电状态下的均衡时间分别减少了10.6%和16.2%,均衡后,电池单体SOC标准差分别为0.041%和0.026%,提高了电池组的单体一致性,验证了该方案的可行性。
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  相变材料耦合微通道液冷的锂电池热管理研究

  曹胡泉, 彭航, 余浩, 黄德军, 曾东建

  电源技术. 2024, 48(10): 2040-2045. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.024

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  针对圆柱形锂离子电池组恶劣工况下的散热问题,设计了一种复合相变材料(PCM)耦合液冷冷却的电池组热管理系统。试验得出PCM中最佳碳化硅(SIC)质量分数为5%。设计了一种PCM耦合波浪形微通道液冷的电池热管理系统。在40 ℃环境温度、2 C放电倍率下,所设计的热管理系统的电池最高温度为49.88 ℃,最大模块温差为5.14 ℃,最大单体温差4.34 ℃。设计的PCM耦合液冷冷却方式相较于自然对流和PCM单一冷却方式,电池组最高温度分别下降了26.95和3.55 ℃。结果表明：所设计的PCM耦合液冷的电池热管理系统可以保证电池组在恶劣工况下正常工作。
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  锂离子电池不同SOC下的热失控燃爆过程分析

  范高敏, 王晓娜, 王志宇, 杨遂军, 叶树亮

  电源技术. 2024, 48(10): 2046-2051. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.025

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  为明晰锂离子电池不同荷电状态(SOC)的热失控燃爆过程及其危险性,以18650型锂离子电池为研究对象,在20 L标准容器中进行不同SOC电池的热失控实验,记录并分析燃爆过程的温度、压力和质量数据。结果表明,锂离子电池热失控燃爆过程存在喷射和燃爆两个阶段,且喷射持续时间随着SOC增加而缩短,SOC为25%时,喷射时间长达10.1 s,而SOC为100%时,喷射时间仅有0.03 s;SOC为25%时,燃爆质量损失为原电池质量的14%,而SOC为100%时,达到67.8%,随着SOC的增大,电池质量损失大幅增加;SOC为75%和100%时,电池燃爆的最大压力p_max与电池表面最高温度q_max变化负相关,而SOC为25%和50%时,p_max和q_max均较大。该研究结果有助于明晰锂离子电池热失控燃爆过程,对锂离子电池的结构设计、安全性评估具有指导意义。
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  储能用钠离子电池及电池模块的开发应用

  徐国平, 李海涛, 钟良亮, 邵栋栋, 赵纪宗, 金迪

  电源技术. 2024, 48(10): 2052-2057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.026

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  设计了一款储能用电池模块,模块采用新型钠离子电池,具有较高的充放电能量效率、宽温域放电性能、倍率性能好、长循环、高安全等优点。经测试,单体电芯0.33 C充放电能量效率为97.18%,–40 ℃下1 C放电容量为常温容量的89.79%,5 C放电容量为0.33 C容量的90.49%,40 ℃下30天存储后恢复容量保持率为98.34%,0.5 C下常温循环2 000次后容量保持率为86.65%,可顺利通过过充、挤压、针刺、过放、短路等安全测试;电池模块在25 ℃、0.33 C充放电条件下,能量效率为96.3%;在25 ℃、0.33P充放电条件下,能量效率为95.75%;在5 ℃、0.33P充放电条件下,与25 ℃条件下测试相比,能量效率为90.08%。该模块采用风冷散热,模块内电芯温差可控制在3 ℃以内,可满足储能系统要求。
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  基于FASnI₃的钙钛矿太阳电池仿真研究

  甘永进, 邱贵新, 曾昭祥, 李玉霞, 覃斌毅

  电源技术. 2024, 48(10): 2058-2065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.027

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  为提高电池的效率、减少环境污染,提出一种结构为FTO/Zn(O_0.3,S_0.7)/FASnI₃/NiO/Au的无铅钙钛矿太阳电池。该电池以FASnI₃为光活性层,Zn(O_0.3,S_0.7)和NiO分别为电子传输层和空穴传输层,FTO和Au为接触电极。在太阳电池电容模拟器(SCAPS)中构建模型并设置材料参数,通过控制变量法进行参数优化。结果表明,当FASnI₃厚度为500 nm时,器件对光子的吸收较充分,输出最高的功率转换效率(PCE);随着FASnI₃缺陷态密度的升高,器件内部载流子复合中心增多,提高了载流子复合率,控制FASnI₃缺陷态密度不超过10¹⁴ cm^–3可确保电池输出性能较佳;当Zn(O_0.3,S_0.7)的厚度和电子亲和势优化为30 nm和3.5 eV时,载流子运输更为有效,电池输出最高的PCE;增大Zn(O_0.3,S_0.7)与FASnI₃界面缺陷态密度,导致光生载流子在界面更容易被捕获,控制Zn(O_0.3,S_0.7)与FASnI₃界面缺陷态密度不超过10¹³ cm^–3有利于提高电池性能。
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  TOPCon结构太阳电池掩膜工艺改进

  代同光, 袁雅静, 宋志成, 张富永, 谭新

  电源技术. 2024, 48(10): 2066-2070. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.028

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  研究了TOPCon电池硼掺杂产生的硼硅玻璃(BSG)特性,BSG在电池制程中用来保护p+发射极,若BSG保护能力不足,则p+发射极受损,导致掺杂浓度减少或局部被腐蚀,其前表面钝化性能下降,主要表现为U_oc降低;浆料和发射极不能形成良好接触,从而影响填充因子FF;光照在电池表面局部难以产生光生伏特效应,导致I_sc偏低,最终影响电池性能。研究了其生长条件、酸碱溶液对其腐蚀情况及其对外观性能的影响,发现通过升高高温氧化时炉管压强,可以快速提高硼扩散BSG生长厚度;降低去BSG工序后HF酸浸泡式清洗溶液浓度,以及当掩膜层厚度处于临界值时,缩短去绕镀poly-Si清洗时间,可有效改善正面外观异常问题及电池性能,从而保证电池片外观质量的稳定和性能的提升。
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  海水激活电池电解液流道特性分析及结构优化

  豆照良, 程超, 陈文彬, 张春林, 刘峰斌

  电源技术. 2024, 48(10): 2071-2077. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.10.029

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  作为无人水下航行器(UUV)的重要组成部分,动力电池一直是UUV负载设备及动力系统正常工作和性能提升的主要影响因素,动力电池的发展是未来UUV更新换代的关键。选取海水激活电池作为研究对象,针对海水激活电池在主流场内海水流动均匀性差、电化学反应不充分等问题,基于Ansys Fluent对不同流量下电解液流道内部流场的流动特性进行仿真计算,根据分析结果对流道结构进行优化。对比电解液流道结构优化前后流动特性发现,流道结构优化后的电解液流道入口及出口支流道内压力变化小,且电极板主流场压力梯度明显变缓;进液口各支流道速度差变小,电极板主流场低速区的流速增大,流速最大峰谷距降低53%;电极板流场内漩涡变小且回流范围缩小,流速不均匀面积明显减小。