2024年, 第48卷, 第12期　
刊出日期：2024-12-20

  

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本刊特约
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  石榴石型氧化物复合固态电解质研究进展

  胡桔溏, 宋芊颖, 唐一帆, 旷桂超, 陈立宝

  电源技术. 2024, 48(12): 2323-2333. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.001

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  全固态锂金属电池(ASSLB)由于其安全性和潜在的高能量密度而被认为是下一代能量存储电池首选。固态电解质作为ASSLB的关键组成部分,具有不燃性和对锂金属阳极的良好适应性,近年来受到广泛关注。在目前报道的固体电解质中,石榴石型氧化物复合固态电解质表现出了巨大的应用潜力。由于其结合单相无机氧化物固态电解质和聚合物固态电解质的优点,既提高了离子电导率,又有效降低了界面电阻,所以能切实提高电池的安全性和能量密度。从石榴石型氧化物复合固态电解质的组分组成、复合方式、结构、锂离子的传输机制和复合电解质中的界面问题进行阐述,指出了复合固态电解质中存在的问题,并对其应用进行了展望。
综述
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  磷酸铁锂电池低温性能优化的研究动态与展望

  孔永科, 余菲, 洪柳, 刘永超, 项宏发

  电源技术. 2024, 48(12): 2334-2342. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.002

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  磷酸铁锂电池凭借安全性高和成本低等优势广泛用于新能源汽车和新型储能等领域,但在寒冷冬季、高海拔地区以及航空基站等低温工作环境中因性能大幅度降低而受到限制。综述了基于磷酸铁锂电池在低温下的性能衰退机理,重点从电极材料改性、电解液优化和低温预热技术三个方面综述近期国内外改善磷酸铁锂电池低温性能的研究动态,最后对磷酸铁锂电池低温性能改善提出新见解,并指明了未来发展方向。
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  锂离子电池储能电站安全风险及应对策略

  赵光金, 李晶晶, 胡玉霞, 李嘉鑫, 张海涛

  电源技术. 2024, 48(12): 2343-2349. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.003

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  储能电站是可再生能源利用的关键,其安全运行对实现能源结构转型至关重要。然而储能电站具有火灾、产气、触电和废电池回收等安全风险,尤其是热失控和操作不当等因素会引发火灾事故。近年来以锂离子电池为主的储能电站安全事故频发,影响了储能电站市场的进一步扩大。概括了锂离子电池安全防护在早期预警技术和火灾抑制方法的进展,并提出了储能电站安全应对策略及建议。
研究与设计: 化学电源
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  高性能纳米针状Li₂FeSiO₄正极的合成及其电化学性能

  丁正平, 李静, 李俊鹏, 林华辉, 任玉荣, 罗鲲

  电源技术. 2024, 48(12): 2350-2361. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.004

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  Li₂FeSiO₄材料结构中能进行两个锂离子的脱嵌反应,理论比容量高达330 mAh/g,是一种极具应用前景的正极材料。然而,其锂离子扩散速率和电子电导率极低,难以进行超过一个锂离子的脱嵌反应,电化学性能较差。基于锂离子在Li₂FeSiO₄结构中扩散的各向异性,提出了一种高效绿色的水热调控合成方法,合成得到一种具有晶面暴露特性的Li₂FeSiO₄材料,经过碳包覆改性后获得带晶面暴露特性的纳米针状Li₂FeSiO₄@C单晶复合材料。由于锂离子在晶面暴露结构中能快速迁移,所以该材料的电化学性能优异。0.1 C放电比容量达220.1 mAh/g,1 C下循环100次后容量保持率达到96%。
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  LiNbO₃/PVDF双包覆LiCoO₂正极材料的制备及电性能研究

  王晶良

  电源技术. 2024, 48(12): 2362-2367. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.005

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  基于无机/高分子双层包覆策略,采用溶胶凝胶法、高温热处理和机械球磨在LiCoO₂(LCO)正极材料上依次修饰LiNbO₃(LNO)和聚偏氟乙烯(PVDF)保护层,制备LiNbO₃/PVDF双包覆的LCO正极材料(L/N/P)。结果表明,采用Li_5.5PS_4.5Cl_1.5为电解质,LiIn合金为负极,在0.1 C下正极材料L/N/P比容量为139.5 mAh/g,在0.5 C下循环500次后容量保持率为88.7%。研究为进一步提升全固态锂离子电池的容量和循环寿命,提供了新的思路。
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  不同粒径正极材料对锂离子电池性能的影响

  张小洪, 王明灿, 班宵汉, 田文燕, 刘江涛, 石斌, 袁再芳

  电源技术. 2024, 48(12): 2368-2373. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.006

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  采用三种不同粒径的LiFePO₄(LFP)材料与石墨负极复配组装叠片式软包电池,通过粉末电阻率、激光粒度仪及SEM对材料的导电性、粒度和形貌进行了分析,研究了不同粒径对电池电化学性能的影响。结果表明不同粒径大小的正极材料对材料压实密度和电池常温性能影响不大,但具有更小粒径的LFP-W正极材料(初始尺寸小于100 nm)在大倍率下有着显著优势,在3 C下的容量保持率高达74.37%,这得益于更小的颗粒粒径缩短了Li⁺的迁移路径,提高了Li⁺的迁移速率;同时LFP-W电池在低温-20 ℃下的放电容量保持率为64.36%,表现出优异的低温放电能力,因此粒径更小的LFP正极材料具有更优异的倍率性能和低温性能。
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  钴酸锂正极材料充电结构失效机理研究

  黄志濠, 袁静怡, 谢雨飞, 唐静怡, 覃吴

  电源技术. 2024, 48(12): 2374-2379. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.007

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  层状相结构钴酸锂正极材料体积能量密度高,广泛应用于商业锂离子电池。但在反复充放电过程中层状钴酸锂易发生微观结构形变致电性能下降和引发安全隐患。通过密度泛函理论计算探究不同充电电压下钴酸锂正极结构变化、晶格原子溶出和界面反应机理。发现充电电压超过4 V后,钴酸锂层状结构滑移,晶格原子重排和电子轨道变化引发体相结构明显弛豫。分析钴酸锂与电解液分子(EC、DMC和LiPF₆)相互作用发现4 V及更大电压下,电解液分子分解,EC、DMC与钴酸锂正极表面发生反应导致钴酸锂晶体氧溶出;LiPF₆分解,氟化钴酸锂表界面,破坏表界面嵌锂的本体结构。研究揭示了钴酸锂正极材料的失效机制,为过渡金属氧化物正极材料的研究提供了基础数据和参考。
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  硅铁合金/碳跨尺度复配策略及稳定性研究

  龙家英, 赵刘洋, 黄子岸, 唐宏福, 吴爱民, 宋财根

  电源技术. 2024, 48(12): 2380-2387. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.008

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  针对硅材料在充放电过程中产生巨大的体积膨胀导致其循环性能差的瓶颈问题,利用等离子体法制备的纳米硅铁合金与微米石墨球磨复合,再以酚醛树脂热解的无定形碳作为碳包覆层,采用液相包覆-高温热解法实现硅铁合金/碳跨尺度微纳复合结构的设计。实验结果表明,添加一定量的酚醛树脂,有助于增加硅铁合金纳米颗粒与微米石墨之间的界面结合,并将硅铁合金纳米颗粒锚定在微米石墨表面,减轻硅铁合金在充放电过程中的巨大体积膨胀。制备的Si-Fe/G@C负极材料具有优异的导电性、电化学循环稳定性和可逆储锂容量,首次库仑效率为84.16%,在0.05 C下,首次放电比容量可达913.80 mAh/g,0.3 C循环200次后,可逆比容量为611.90 mAh/g,容量保持率为98.95%,在锂离子电池充放电过程中表现出高的循环稳定性。
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  二次注液技术对磷酸铁锂电池性能的影响

  杨天翔, 杨梓颢, 王康, 李纾黎, 刘全兵

  电源技术. 2024, 48(12): 2388-2394. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.009

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  能量效率和循环寿命是储能电池的核心技术指标。在保证电解液中总VC含量不变的前提下,验证了二次注液方式对磷酸铁锂电池电化学性能的影响。结果表明,在总VC质量分数为3%的前提下,一次注液量为总注液量的87%,电解液中VC质量分数可被降低至1.8%;在电池化成后进行二次注液,注液量为总注液量的13%,且提高电解液中VC质量分数到11.5%,可显著提升电池的能量效率、低温性能以及长期循环寿命。并且,随着二注电解液中的VC质量分数提升到19%,总VC质量分数提升到4%,可进一步提升磷酸铁锂电池的循环寿命,并对能量效率、高温性能等无明显负面影响。该研究为高阻抗添加剂的应用、初始SEI膜的构建以及电解液方案设计等提供了新的思路。
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  搁置状态下储能用磷酸铁锂电池衰减机理分析

  高阳, 金渊, 李亚伦, 陈宇, 吴晓刚

  电源技术. 2024, 48(12): 2395-2403. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.010

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  磷酸铁锂电池的容量衰退速率与程度受到运行环境及充放电倍率的影响,当磷酸铁锂电池应用在新型电力系统时,若风光发电利用率不高,磷酸铁锂电池将长期处于满充搁置状态。为探究磷酸铁锂电池作为储能装置应用时,其搁置状态下的寿命衰退机理,以20 Ah的磷酸铁锂电池作为研究对象,模拟电池在45 ℃环境搁置的场景,并在不同的容量衰减阶段利用增量容量法分析磷酸铁锂电池的老化原因。结果表明,在高温搁置条件下LFP电池的容量衰减主要与正极活性物质的损失相关。在此基础上,建立了高温搁置天数与容量退化的关系。研究结果为新型电力系统中储能装置的寿命预测和经济性评估提供了依据。
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  基于电化学阻抗谱的锂离子电池荷电状态估计

  李超凡, 杨林

  电源技术. 2024, 48(12): 2404-2409. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.011

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  锂离子电池的电化学阻抗谱包含了丰富的电池内部信息,相较于常用的电流、电压和温度等电池参数具有更大的应用潜力。因此,提出了一种基于电化学阻抗谱对电池的荷电状态进行估计的方法。首先,通过实验并借助更具实用价值的阻抗测量板获得了三元锂电池在不同荷电状态下的阻抗数据;其次,在现有锂离子电池等效电路模型的基础上,提出了新的拟合精度更高的等效电路模型;最后,利用电池的阻抗谱数据对提出的等效电路模型进行参数辨识,从中找到了与电池荷电状态高度相关的参数,成功实现了对其荷电状态的准确估计。
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  基于递进预测法的锂电池剩余使用寿命预测

  吴铁洲, 刘冉阳, 王飞年, 汪少夫, 梁梦君

  电源技术. 2024, 48(12): 2410-2418. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.012

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  针对锂离子电池剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)预测精度低的问题,提出一种递进预测的方法。首先,使用训练集中放电容量和放电电压训练卷积神经网络(convolutional neural netwok,CNN)-长短期记忆网络(long short-term memory neural network,LSTM)模型,并应用于训练集得到预测循环寿命,完成初步预测。其次,使用双指数模型(double exponential model,DEM)从训练集中辨识与预测循环寿命最接近的电池参数,并作为均值函数输入高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)模型。最后,使用测试集的电池循环数和电池容量训练GPR模型,并用于RUL预测。实验结果表明,本方法在99%的置信水平下,平均绝对百分比误差在6%以内,准确率百分比在90%以上,证明了所提方法的可靠性。
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  基于高适用性特征和MIPOA-DHKELM的锂电池SOH估计

  张宇, 胡朝朝, 吴铁洲

  电源技术. 2024, 48(12): 2419-2425. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.013

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  现有研究注重于提高锂电池健康状态(state of health, SOH)的估算精度,而缺乏实际应用性。针对这一问题,从恒流阶段电压在4.0~4.2 V之间的数据和恒压阶段电流在1.5~0.3 A之间的数据中各提取了两个具有高适用性的健康特征,通过这两个充电数据片段均可准确估计锂电池的SOH。此外,通过多种策略改进鹈鹕优化算法(pelican optimization algorithm,POA),使其收敛速度更快,种群分布更均匀。最后,采用改进的POA来优化多层极限学习机和混合核极限学习机融合成的深度混合核极限学习机模型。经实验验证,该方法无需大量充电数据即可提取健康特征,并且能够很好地追踪容量再生现象。在所有对比模型中,该模型预测精度最高,误差分布最稳定。
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  用不同模型估计航空应急电池剩余电量及估计精度分析

  王榘, 孙国瑞, 田原, 张丹红

  电源技术. 2024, 48(12): 2426-2433. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.014

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  采用等效电路模型、分数阶阻抗模型和简化电化学模型对航空应急电池组进行SOC(state of charge)估计。分别构建三种不同物理域模型,结合扩展卡尔曼滤波算法,进行SOC估计。估算了多种工况下SOC,并给出估计精度;搭建硬件测试平台对三种模型的实时性进行了评估;最后根据SOC估计误差、实时性、适用性等对三种模型进行综合评价。认为简化电化学模型具有较高估计精度和较好适应性,使用该模型估计常温三个工况SOC的最大估计误差为3.09%。
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  适用多工况的储能电池液冷系统优化设计及分析

  王罗亚, 吴超, 殷文倩, 叶季蕾, 吴宇平, 刘丽丽, 雷茂云, 季浩

  电源技术. 2024, 48(12): 2434-2443. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.015

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  为更好地控制锂离子电池模块在充放电过程中的温度以及提升其温度一致性,利用液冷方式作为冷却手段,分别设计了纵向和横向放置冷却板的液冷结构并对比了两种液冷结构的冷却性能。进一步基于有限元仿真软件,以锂离子电池模块的最高温度和最大温差为目标,仿真分析了恒流工况下冷却液流速、冷却液温度、冷却通道数目以及进水口方向对于液冷系统冷却效果的影响。同时,分析验证基于恒流工况得出的液冷系统优化参数在实际储能调峰调频下对于锂离子电池模块的冷却效果,并在此基础上进一步提出了关于液冷结构变流速的优化策略。
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  方形电池模组热蔓延抑制的数值仿真研究

  邱国君, 张恒运

  电源技术. 2024, 48(12): 2444-2451. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.016

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  通过数值仿真方法研究一种结合隔热和散热的液冷电池热管理系统以抑制热失控蔓延。建立电池热失控仿真模型,与已有研究结果对比验证该模型的准确性。基于该模型,研究热失控触发位置、冷却方式以及隔热材料对抑制电池模组热蔓延的影响。研究结果表明,热失控触发位置在电池模组前端比位于中间更易引发热蔓延。侧面结合底面液冷的抑制热蔓延效果最好,侧面液冷通过提升流速的方式,也能有效抑制热蔓延,但所需的泵功随之增加。底面液冷即使增加流速到1 m/s也未能抑制热蔓延。使用导热系数更低的隔热材料可以有效降低侧面液冷抑制热蔓延所需泵功。
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  基于OCV曲面在线重构的电池容量衰退轨迹提取

  裴磊, 陈斌, 王天鸶, 栗欢欢

  电源技术. 2024, 48(12): 2452-2461. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.017

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  电池容量衰减轨迹的提取,对于电动汽车的安全与性能管理具有十分重要的意义。但现有方法仍需依赖大量的前期实验,建立起对应的理论或数据驱动模型,这严重限制了方法的工况普适性与参数迁移性。为此,提出一种基于循环次数-荷电状态-开路电压三维曲面(简称OCV曲面)大数据在线重构的容量轨迹在线提取方法。新方法以由多个离散OCV点组成的OCV曲线片段为研究对象,利用相同老化片段间的相容性与不同老化片段间的排异性,实现对各片段在老化与电量两个维度上的位置重排,以及对完整OCV曲面的在线重构。最终基于曲面的二维切片,完成电池容量轨迹的在线、免训获取。测试结果表明：该方法提取容量衰退轨迹结果的最大绝对百分比误差为3.51%,平均绝对百分比误差小于0.35%,均方根百分比误差小于0.70%,证明该方法在容量衰退轨迹提取方面具有良好的准确性。
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  锰基普鲁士蓝/GO复合材料制备及储钠性能研究

  李龙飞, 陈玲玲, 李高锋, 乔志军, 阮殿波

  电源技术. 2024, 48(12): 2462-2468. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.018

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  采用简易溶液共沉淀法制备了Na₂MnFe(CN)₆/氧化石墨烯(graphene oxide, GO)复合材料[Na₂MnFe(CN)₆/GO]。GO的加入有利于提高材料的离子传导和结构稳定,进而提升材料的倍率性能和循环稳定性。结果表明：在0.2 C (1 C=170 mAh/g)下,Na₂MnFe(CN)₆和Na₂MnFe(CN)₆/GO初始放电比容量分别为108.74和119.83 mAh/g;经过50次循环后,Na₂MnFe(CN)₆的容量保持率为62.0%,Na₂MnFe(CN)₆/GO的容量保持率为79.5%。Na₂MnFe(CN)₆/GO具有较大的扩散系数,有利于离子的扩散。表明GO的加入,能有效提升材料的倍率性能和循环稳定性。
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  PEMFC催化层疏水性对冷启动冰容量的影响

  薛坤鹏, 周芬, 潘牧

  电源技术. 2024, 48(12): 2469-2477. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.019

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  质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells, PEMFCs)冷启动问题是制约其产业发展的重要因素之一,其中冰容量是衡量冷启动的一个重要指标,冰容量越大,冷启动性能越好。普遍认为冰容量只受阴极催化层和质子交换膜的储水量影响,而忽视了催化层排水量。提出催化层排水量也会对冰容量产生较大影响,并首次将冷启动期间催化层排水量纳入冰容量计算。结合试验数据和理论计算分析发现催化层排水量对冰容量的贡献甚至可以达到50%。利用疏水碳载体催化剂提高催化层疏水性,研究催化层疏水性对排水量和冰容量的影响。结果发现在-7 ℃下,疏水处理后的膜电极排水量增大引起的容量增加了0.75 mg/cm²,提升幅度达到了38.2%。这表明提升催化层疏水性、增加排水量可以提升冰容量,并且启动温度越高提升幅度越大。最后,冻融循环(F/T)测试表明疏水性高的催化层冰容量更加稳定。
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  电源回路对PEM电解水单池EIS测试的影响研究

  邢官飞, 何良, 阚宏伟, 苏建徽

  电源技术. 2024, 48(12): 2478-2483. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.020

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  电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)是电解水相关技术开发过程中最常用的测试手段之一。通过EIS测试,电解水电堆或单池中详细的极化过程可以被研究者观测,进而改进工艺、遴选材料、优化结构。然而,电解水EIS测试过程中,电源的影响问题却一直被研究者忽略。基于有效面积为5 cm²的电解水单池,借助高速数据采集设备,改变电解水测试过程中的接线,研究了电源对于电解水EIS测试的影响。结果表明,电源在阻抗测试过程中,会出现明显的分流作用,降低单池接收到的电流扰动幅度,造成单池的阻抗明显失真,特别是中高频区域,使得阻抗谱失去其原有价值。进一步研究表明,电源即使处于关机状态下,只要功率线不断开,都会对单池的阻抗测试产生明显的影响。
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  多孔镁橄榄石支撑SOFC的制备及性能研究

  邓亮, 谭义勇, 张宇航, 郑淞生, 王兆林

  电源技术. 2024, 48(12): 2484-2489. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.021

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  通过高温固相法在1 400 ℃成功合成镁橄榄石(M₂S),并从热膨胀系数(coefficient of thermal expansion,CTE)、高温相容性等方面研究它应用为固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)陶瓷支撑体的可行性。结果表明,M₂S具有与SOFC功能层材料相适配的热膨胀系数,它在1 450 ℃下与SOFC主流阳极材料NiO保持良好的化学相容性,在800 ℃的氢气、氧气环境中表现出优越的结构稳定性。进一步采用干压成型与旋涂法制备构型为M₂S/NiO-YSZ/YSZ/LSM-YSZ的平板式单电池,然后以氢气作为燃料,测试单电池在700~800 ℃的电化学性能。单电池在700 ℃的开路电压可达1.05 V,在800 ℃时实现了172 mW/cm²的最大功率密度。研究为开发低成本SOFC提供参考思路,具有商业应用的潜力。
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  正极材料对热电池空载性能的影响

  杨晓勇, 郑世刚, 李清馨, 邢永慧, 汪东东

  电源技术. 2024, 48(12): 2490-2493. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.022

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  空载安全性是热电池设计过程中首先要考虑的问题。以LiB/LiCl-LiBr-KBr/MS₂ (M=Fe,Co,Ni)热电池体系作为研究对象,探究了FeS₂、CoS₂、NiS₂正极材料对热电池空载安全性能的影响。通过分析材料形貌、热稳定性,证实了FeS₂的热稳定性和结构稳定性最差,CoS₂和NiS₂较好;通过对比不同硫化物正极材料与电解质之间的相容性,证实了FeS₂与熔盐电解质之间的化学稳定性较差,而CoS₂和NiS₂的化学稳定性相当。同时结合热电池空载曲线,证明了CoS₂空载安全性最好,而FeS₂正极材料的空载曲线下降最快。
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  稻壳一步活化联产白炭黑和超级电容器用活性炭的研究

  陈煊, 齐鹏刚, 苏银海, 熊源泉

  电源技术. 2024, 48(12): 2494-2503. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.023

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  以稻壳(husk rice,HR)为生物质碳源,碳酸钾(K₂CO₃)为活化剂,通过一步活化的方法同时制备活性炭与白炭黑,研究工艺参数碱炭比、活化温度等参数以及碱煮过程对活性炭物化特性和电化学性能的影响。结果表明,碳酸钾作为活化剂对活性炭蚀刻造孔能力优秀,可以大幅改善活性炭的孔隙结构;碱煮对于活性炭影响不大,同时可以联产制备高品质的白炭黑。最佳的工艺参数下制得的A-RHAC,碘吸附值达1 282.9 mg/g,亚甲基蓝吸附值达440.4 mg/g,比表面积达1 410.9 m²/g,介孔率达30.28%,应用于超级电容器中,A-RHAC的比电容可达177.454 F/g,充放电循环5 000次后的比电容保持率达到95.11%,20 000次循环后仍达到75.86%,倍率性能和循环稳定性优秀。
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  电化学电容器在机载设备抗掉电中的应用研究

  袁飞马, 张玉新, 徐明萌

  电源技术. 2024, 48(12): 2504-2510. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.024

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  分析了机载设备在使用飞机电源时的电源特性,针对抗掉电需求提出使用电化学电容器代替传统电容器。选取一型电化学电容器进行研究,设计了充放电测试电路,进行不同负载、不同环境温度条件下的充放电性能测试,并与理论计算结果进行比较分析。常温小电流条件下电化学电容器性能与标称值基本一致,低温大电流条件下有效电容值大幅下降。电化学电容器应用于机载设备母线储能,经实际抗掉电试验验证,能够有效维持机载设备的连续工作。
研究与设计: 物理电源
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  纯太阳能智能网联车砷化镓发电系统技术攻关

  贾子熙, 钟豪, 张洪溪, 刘新

  电源技术. 2024, 48(12): 2511-2516. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.025

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  “天津号”作为国内首辆纯太阳能智能网联车,其太阳能发电系统采用柔性薄膜砷化镓太阳电池进行一体化层压封装,封装后效率>31%,面密度≤1.6 kg/m²,实现了与车顶弧面共形,并具有地面特殊环境耐候性。砷化镓发电系统铺设面积为8.1 m²,年平均日发电量达到7.6 kWh,单位面积发电效率为0.938 kWh/m²,支持续航里程79.2 km,与燃油车相比,每百公里可减少碳排放约25 kg,对太阳能汽车产业发展具有重要意义。
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  基于Cs₂PtI₆的无铅双钙钛矿太阳电池性能数值研究

  甘永进, 邱贵新, 覃斌毅, 宁维莲

  电源技术. 2024, 48(12): 2517-2527. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.026

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  提出结构为FTO/SnO₂/Cs₂PtI₆/CuInS₂-QD/Au以及FTO/SnO₂/Cs₂PtI₆/GaAs-QD/Au的无铅Cs₂PtI₆基新型钙钛矿太阳电池。以Cs₂PtI₆双钙钛矿材料为光活性层,SnO₂为电子传输层,CuInS₂-QD和GaAs-QD分别为空穴传输层构建器件结构。数值仿真结果表明,当背电极材料为Au,Cs₂PtI₆层厚度和缺陷态密度分别设置为800 nm和10¹⁶ cm^-3,HTL掺杂浓度设置为10¹⁸ cm^-3,Cs₂PtI₆层与HTL界面缺陷态密度设置为10¹² cm^-3,工作温度设置为300 K时,结构为FTO/SnO₂/Cs₂PtI₆/CuInS₂-QD/Au的电池器件输出特性为：V_oc=1.16 V,J_sc=31.66 mA/cm²,FF=77.73%,PCE=28.52%。而结构为FTO/SnO₂/Cs₂PtI₆/GaAs-QD/Au的电池器件输出特性为：V_oc=1.14 V,J_sc=31.66 mA/cm²,FF=81.36%,PCE=29.43%。与之前同类型的研究相比,所构建的Cs₂PtI₆基双钙钛矿太阳电池性能更佳,为新型无铅、高效的钙钛矿太阳电池的研究提供了一定的借鉴思路。
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  GaInP/GaAs/Ge太阳电池边缘Si₃N₄钝化研究

  许军, 孙希鹏, 韩宇, 赵拓, 铁剑锐, 肖志斌

  电源技术. 2024, 48(12): 2528-2531. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.12.027

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  GaInP/GaAs/Ge太阳电池相比于Si基、CIGS、CdTe等材料具有更高的光电转换效率,结构材料具有少子寿命短、复合速率快的特点。电池在加工过程中边缘侧截面会产生大量缺陷,同时表面悬挂键造成态密度增加,表面光生少数载流子复合对光电转换性能负面影响严重。为提升电池光电转换性能,通过光刻、湿法刻蚀在电池边缘制作台阶来降低缺陷密度,通过PECVD工艺在侧截面上沉积Si₃N₄膜来中和侧截面中的悬挂键,达到钝化的目的。实验结果表明光电转换性能与砂轮切割相比提升了2.73%,与仅湿法刻蚀台阶相比,提升了1.25%。着重介绍了Si₃N₄钝化GaInP/GaAs/Ge太阳电池边缘的工艺方法、结果和讨论。