2024年, 第48卷, 第7期　
刊出日期：2024-07-20

  

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本刊特约
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  硝酸根添加剂提升钠金属电池循环稳定性

  朱珏, 梁叔全, 曹鑫鑫

  电源技术. 2024, 48(7): 1161-1169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.001

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  钠金属电池由于金属钠具有的高能量密度和低电极电势特性极具发展潜力,然而,传统的碳酸酯类电解液与钠金属之间持续反应,导致电池的循环稳定性能不理想。添加剂策略是一种提升电解液性能的简单有效策略,通过盐包盐策略成功制备了NaNO₃作为添加剂的酯类电解液。DFT计算和NMR测试结果表明,NO₃^–将进入Na⁺溶剂化鞘层内侧,在钠金属负极优先还原。对于钠金属界面的SEM和XPS表征结果及电化学测试显示,NO₃^–的还原构建了含氮的SEI界面,助力均匀稳定的钠金属沉积剥离行为。Na₃V₂(PO₄)₃(NVP)与钠金属负极组装的钠离子电池在NO₃^–改性的酯类电解液中可获得超长稳定循环,在2 C (1 C=110 mA/g)下循环了2 000次后容量保持率高达89.9%,在5 C下循环1 000次后容量保持率为97.4%。
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  多孔碳支撑SnO₂/CoO/异质结的构筑及其储锂性能研究

  程娅伊, 于方丽, 李鑫, 王萌, 邓璐

  电源技术. 2024, 48(7): 1170-1178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.002

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  在溶剂热环境中,通过调整原料中锡源(SnCl₂·2 H₂O)和钴源[Co(NO₃)₂·6 H₂O]摩尔比制备了多孔碳支撑SnO₂/CoO异质结构。当摩尔比为1∶1时,制备的SnO₂/CoO/多孔碳呈现出SnO₂和CoO纳米颗粒通过M-O-C(M=Sn, Co)键嫁接在多孔碳骨架上的结构。作为锂离子电池负极,SnO₂/CoO/多孔碳在500 mA/g电流密度下初始充放电比容量为1 192.3/1 408.4 mAh/g,库仑效率为84.7%。经过200次循环后,可逆比容量可保持在735 mAh/g。在2 000 mA/g高电流密度下,SnO₂/CoO/多孔碳可逆比容量仍为617.3 mAh/g。优异的循环性能和倍率性能归功于SnO₂、CoO高的储锂容量及其与多孔碳之间的协同增强效应。
人物专访
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  推动智慧能源革命 创造绿色美好未来——专访浙江南都电源动力股份有限公司副总裁兼总工程师 相佳媛

  李静

  电源技术. 2024, 48(7): 1179-1183.

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综述
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  水系锌离子电池负极添加剂研究进展

  杨春喜, 马芳, 卫博慧, 李晖, 姚陈忠

  电源技术. 2024, 48(7): 1184-1197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.003

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  水系锌离子电池(AZIBs)因具有较高的理论容量、较低的氧化还原电位、良好的安全性和低成本等优点,在便携式电子设备、储能器件和新能源汽车等领域有广泛的应用市场和前景。在AZIBs体系中,通过电解液中添加剂的优化可达到改善锌负极稳定性,减少负极枝晶生长和抑制析氢副反应发生等。因此,有必要系统地总结添加剂研究进展：对电解液添加剂对Zn²⁺的沉积行为影响机制进行了总结;基于锌负极所存在的问题,详细综述了近年来关于不同种类的单一添加剂在稳定锌负极方面的改性机制;对复合添加剂的研究情况进行了综述;针对添加剂发展方向和前景提出一些思考和研究策略。
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  双电层电容器的关键材料及其发展前景

  张贺明, 张遥, 付甜甜, 张洋

  电源技术. 2024, 48(7): 1198-1205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.004

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  介绍了目前双电层电容器关键材料的发展和国内外的研究现状,包括：活性材料、导电剂、粘结剂、电解液和隔膜等;介绍了目前双电层电容器依性能特点在不同应用领域中的使用,讨论了双电层电容器所具有的优劣势及其发展趋势。
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  质子交换膜电解制氢膜电极制备技术研究进展

  朱玉婷, 叶青, 邓占锋, 宋小云

  电源技术. 2024, 48(7): 1206-1211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.005

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  膜电极(MEA)是质子交换膜(PEM)电解堆的核心,是物质传输和电化学反应的场所,直接决定电解堆的性能、成本和寿命。综述了PEM电解制氢膜电极的制备方法,主要包括：多孔传输层表面制备催化层(PTE)、质子交换膜表面制备催化层(CCM)、有序化制备法(OME)及直接膜沉积法(DMD)。PTE工艺可避免质子膜溶胀,但对传输层孔隙结构要求较高;CCM工艺过程简单,具有良好的催化层/膜界面,但电极极化损失高、物质传输性能较低;OME工艺具有良好的导电性及物质传输通道,有助于增加三相界面;DMD工艺可改善催化层与质子膜界面,自由调节膜厚,提升膜电极的性能并降低成本。
研究与设计：化学电源
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  八面体形貌及La、Ti共掺杂对锰酸锂的改性研究

  马皓皓, 陈进中, 叶有明

  电源技术. 2024, 48(7): 1212-1218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.006

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  以高纯四氧化三锰、碳酸锂等为原料,经过高速球磨混合后,采用高温固相法制备LiLa_0.01Ti_0.01Mn_1.98O₄正极材料,基于四氧化三锰的八面体形貌及La、Ti共掺杂对锰酸锂的性能进行优化。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段对材料的物相和形貌进行分析,通过X射线光电子能谱仪对Mn的化合价进行分析,通过循环伏安(CV)、恒电流充放电等测试分析材料的电化学性能。结果表明：在1 C条件下LiLa_0.01Ti_0.01Mn_1.98O₄正极材料首次放电比容量为114.06 mAh/g,循环100次后容量保持率为97.79%,基于八面体形貌,并结合La、Ti共掺杂对锰酸锂协同改性后材料循环性能得到有效改善。
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  磷酸铁锂电极结构对其电化学性能的影响

  陈笙元, 杨续来, 方靖

  电源技术. 2024, 48(7): 1219-1225. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.007

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  锂离子电池电极微观结构对电极活性物质的电化学性能有着重要的影响。利用双层涂布技术实现了不同组成、不同孔隙结构的双层磷酸铁锂电极构筑,其中通过在远离集流体的电极涂层组分中添加碳酸氢铵,使得电极涂层从集流体到电极表面呈现出孔隙率逐渐增大的电极结构特征。结果表明,从集流体到电极表面呈现出孔隙率逐渐增大的双层结构厚电极(涂层厚度为77.3 μm),常温1 C倍率下放电比容量达145.3 mAh/g,60次循环后容量保持率为97.2%,常温5 C倍率下仍具有40 mAh/g的放电比容量,而相同面密度下单层结构厚电极(涂层厚度为74.9 μm)的5 C放电比容量为0。
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  硅氧负极材料包覆工艺对电池性能的研究

  王琳, 孟庆聪, 洪树

  电源技术. 2024, 48(7): 1226-1231. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.008

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  为提高电池能量密度,需要使用高容量的硅-石墨混合负极材料。通过改变硅负极材料制备工艺,采用CVD法包覆及沥青包覆对硅负极表面进行碳包覆,并对材料进行物性测试、极片测试及电化学性能分析。结果表明：通过气相CVD法包覆的碳层包覆完整,体现出“绒状”结构的负极材料,其极片测试及电池的循环性能更为优异。在0.5 C充/1 C放制式下经过800次循环,容量保持率达到73.9%,循环性能优于沥青包覆的负极材料性能。
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  锂箔预锂对高比能电池体系性能的影响研究

  杨幸遇, 梁栋, 张涛, 李蒙, 赵冲冲

  电源技术. 2024, 48(7): 1232-1238. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.009

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  采用高温热平压工艺将超薄金属锂箔与高比容量硅氧负极进行预锂复合,研究不同预锂量(厚度)对首效的影响;搭配不同高镍正极材料体系,制备单层及10 Ah级软包电池进行放大验证,并通过EIS阻抗测试、三电极电位分析和SEM-EDS、SS-NMR表征,研究预锂量(厚度)对首次放电容量和循环性能的影响。结果表明,搭配高镍Ni83与超高镍Ni90三元正极材料体系结果相一致,随着预锂量的增加,首次放电容量和首效明显增加,但循环性能随着预锂量的增加而逐步恶化。5 μm锂箔预锂后综合性能提升最优,首效提升至93%,200次循环后容量保持率达到 93.4%。双面预锂制备10 Ah级软包电池,5 μm锂箔预锂的首次充放电效率提升至90%以上,15 W恒功率放电表现出与对照组同等的倍率性能,比能量达到360 Wh/kg。
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  2,2-二甲基乙烯基硼酸电解液添加剂对锂离子电池的影响

  王小玉, 金海族, 李星, 李磊

  电源技术. 2024, 48(7): 1239-1244. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.010

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  为了提高石墨负极与电解液之间的界面稳定性,构建更加均匀稳定的SEI膜,在碳酸酯类电解液中添加了1%(质量分数)的2,2-二甲基乙烯基硼酸(DEBA)。采用恒流充放电、循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)进行电化学性能测试,同时采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)对循环前后的石墨电极进行了表征。研究结果表明,添加DEBA能够提高锂离子电池的放电比容量和循环稳定性,同时能够降低界面阻抗,形成更加均匀稳定的SEI薄膜。0.2 C时添加DEBA的电池首次放电比容量为343.2 mAh/g,循环300次后,放电比容量为285.4 mAh/g,容量保持率为83.2%,表现出比不含添加剂的电池更好的循环性能。
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  不同比例EMC/EA改善LiCoO₂电池电解液低温性能

  闫啸, 辛娟, 何劲作, 张丽娟

  电源技术. 2024, 48(7): 1245-1252. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.011

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  低温时电解液的离子电导率是锂离子电池(LIBs)低温性能的重要影响因素。适量乙酸乙酯(EA)的加入,能够提高电解液的离子电导率,降低电池极化,从而使得电池具有较高的放电比容量以及循环稳定性。因此,通过调节电解液溶剂EMC/EA比例,考察LiCoO₂电池在不同比例电解液中的25和–20 ℃下的电化学性能。结果表明,使用0.5 mol/L LiBF₄/0.5 mol/L LiODFB-PC/EC/EMC/EA(体积比为1∶1∶1∶2)的电解液所组装的LCO/Li半电池在25和–20 ℃循环100次后,其放电比容量分别为130.2和112 mAh/g,容量保持率分别为96.30%和92.33%;未加EA体系在25和–20 ℃循环100次后放电比容量分别为122.9和103.2 mAh/g。采用电化学交流阻抗谱测试电池的阻抗行为,有EA的溶剂体系阻抗都低于未加EA体系;用SEM对电极表面进行分析,发现溶剂体系中EA的加入,在正极材料与电解液之间形成较为稳定的电化学界面(CEI)膜,可防止电解液中的物质进一步反应和溶解正极材料,从而有效阻碍电解液的持续分解,提高常温/低温LCO/Li半电池的放电比容量及循环稳定性。
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  内嵌微柱群的渐扩液冷板电池热管理性能研究

  赵文飞, 李勇铜, 王玮铂, 孙静, 陈久亮

  电源技术. 2024, 48(7): 1253-1259. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.012

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  为降低锂离子电池最高温度、提高模组整体温度均匀性,提出了一种内嵌微柱群的渐扩液冷板(微柱群-渐扩液冷板)耦合相变材料冷却的新型电池热管理系统。基于Bernardi电池产热模型和能量、动量守恒方程建立了热管理系统的流动传热耦合数值模型,研究了该耦合冷却系统的冷却能力、均温性能和压降特性,并同传统平直液冷板、渐扩液冷板耦合冷却系统的冷却性能进行了对比。结果表明：当入口质量流量为0.16 g/s,电池以6 C放电倍率放电结束时,微柱群-渐扩液冷板与平直液冷板、渐扩液冷板冷却系统相比电池最高温度降低了1.51和0.24 K;最大温差降低了1.75和0.35 K,降幅可达40%和12%;模组内电池温度标准差降低了27%和43%。当维持电池最高温度不高于设定的目标温度310 K时,微柱群-渐扩液冷板与渐扩液冷板相比压降降低了8.4%。
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  锂电池肋片液冷板的传热与流动特性研究

  刘欢欢, 任晓龙, 张泽斌

  电源技术. 2024, 48(7): 1260-1266. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.013

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  对于锂离子电池热管理系统,在锂电池两侧插入带通道的冷板是一种有效的高温散热方法。针对电动汽车用方形锂电池,在传统并行流道冷板的基础上,设计了六种肋片强化换热冷板。通过数值模拟方法研究和比较了不同雷诺数下冷板的换热效果,同时计算了流场的压降、摩擦因子和速度等来分析其流动特性,最后采用综合考虑流体流动和传热特性的无量纲因子来判断冷板的综合性能。结果表明,不同雷诺数下六种肋片强化冷板散热性能均优于传统并行流道冷板,但压降也不可避免地增大,各个方案中矩形交错肋片液冷板的综合性能最优。
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  磷酸铁锂电池热失控产气可燃极限研究

  马彪, 李海强, 白广利, 刘杰, 刘仕强

  电源技术. 2024, 48(7): 1267-1272. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.014

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  大规模储能技术被认为是支撑可再生能源普及的战略性技术,得到各国政府和企业界的高度关注。磷酸铁锂电池以其高安全性和优良电化学性能成为电化学储能单元的主要选择。使用密闭压力容器对不同容量及不同SOC磷酸铁锂电池进行热失控测试,记录特征点温度变化,收集测试后热失控释放的气体,用气相色谱仪分析混合气的组分比例。利用仿真及L-C公式,研究其可燃极限特征。结果表明,电池容量对产气组分比例以及可燃极限影响较小,SOC对其影响较大,SOC较低的电池热失控产气组分中具有较多的CO₂以及较高的可燃下限值。
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  基于改进CNN-SVM的动力电池组故障诊断研究

  廖力, 马明东, 常春, 姜久春

  电源技术. 2024, 48(7): 1273-1280. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.015

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  针对卷积神经网络(CNN)在动力电池组故障诊断中容易过拟合和准确度低的问题,提出了一种改进的基于卷积神经网络的锂离子电池故障诊断模型。首先,对CNN网络的结构和参数进行调整和优化,利用小波包变换将故障信息提取到CNN中,然后用支持向量机(SVM)代替CNN中的SoftMax分类器构建CNN-SVM模型,再利用粒子群算法(PSO)对SVM中的超参数进行优化,以得到用于电池组故障诊断的最优模型,最后,通过故障实验对比来验证所提出方法的优越性。实验结果表明,CNN-SVM模型的故障分类准确率可达97%以上,远高于传统深度学习网络,对锂离子电池组的故障诊断具有实际意义。
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  基于OCV模型优化的磷酸铁锂电池SOC估计

  陈贵升, 许杨松, 沈颖刚, 肖仁鑫

  电源技术. 2024, 48(7): 1281-1288. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.016

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  锂离子电池荷电状态(SOC)与开路电压(OCV)的关系曲线(OCV曲线)是影响其SOC估计精度的核心因素。针对小电流OCV(LO)测试耗时短但数据精度较低的问题,提出一种OCV模型及其优化方法。该方法基于LO测试的OCV数据,采用道格拉斯-普克算法和分段线性函数建立OCV模型。并将OCV曲线上的4个OCV点作为变量,建立了其他OCV点的随动模型,使曲线能够运用粒子群优化算法进行优化。基于优化后的OCV曲线,动态工况下的端电压估计绝对平均误差降低83.5%,采用自适应扩展卡尔曼滤波的SOC估计误差小于0.3%。该方法能够基于耗时短的LO测试获取准确OCV曲线,降低锂离子电池研究与应用的测试成本。
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  考虑电池总数的锂离子电池组双层均衡方法

  吴铁洲, 查欢, 陈泽中, 李昱青

  电源技术. 2024, 48(7): 1289-1302. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.017

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  为了适应电池总数变化并有效提高锂离子电池组均衡速度等,设计了一种双层均衡方法。首先对电池进行分组分层,底层组内分为奇数次和偶数次均衡电路,以适应电池总数存在奇偶性不同的情况;顶层组间采用可重构电路,将满足均衡条件的电池组接进或隔离出电路;同时从电池奇偶性、均衡速度和能量转移效率等方面推论出该均衡电路的优越性。其次以电池SOC为均衡变量,采用组内和组间同时均衡的控制策略,进一步提高均衡速度。最后考虑电池总数奇偶性不同,分别选用六节、七节锂离子电池在MATLAB/Simulink平台进行实验,与传统分布式可重构双层电路相比,充电均衡时间缩短了125.44和128.92 s,放电均衡时间缩短了114.99和115.69 s;与传统集中式可重构双层电路相比,充电均衡时间缩短了57.49和59.14 s,放电均衡时间缩短了51.24和50.63 s。同时通过比较均衡完成时电池组平均SOC及SOC离散度,可以得出该均衡电路在能量转移效率和减小电池组不一致性方面的优势,验证了所设计的均衡方法的有效性。
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  基于温度梯度的锂离子电池寿命衰减情况的研究

  刘泽宇, 杜小芳, 史育海

  电源技术. 2024, 48(7): 1303-1312. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.018

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  在实际车辆运行工况下,电池包内电池的温度分布呈现出不均匀的特征,且在较高工作温度下电池的衰减速度会加快,可能促使容量和功率的减退加速。以锂离子电池为研究对象,通过对电池组进行长周期的1 C充放电循环,对电池组的温度分布、衰减情况以及电流分布行为进行了系统的表征和分析,并将其与单个基准电池进行了对比。研究结果显示,电池组中的所有电池都经历了更高的温度上升,且衰减速度较基准电池更快。尤其值得注意的是,经过1 815个循环后,电池组中间的电池容量减退至初始容量的61.2%,而基准电池的容量保持率为86.5%。此外,电池组中的电阻和电流也呈现了类似的变化趋势。通过实验性地量化非均匀温度分布对电池衰减的影响,有助于更深入地理解在存在温度梯度情况下模块化锂离子电池的衰减行为。这对于优化电池设计、提高电池性能和延长电池寿命具有重要的指导意义。
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  锂金属氧化物电池安全性研究

  米娟, 张洋, 乔学荣, 陈昱霖, 周威, 郭际

  电源技术. 2024, 48(7): 1313-1317. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.019

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  通过外部短路试验、强制放电试验、针刺试验和火焰试验考察了锂金属氧化物电池的安全性。结果表明,锂金属氧化物电池在外部50 mΩ短路试验过程中最高温度65.4 ℃;强制放电试验过程中,电池电压稳定在约–2.47 V;针刺试验过程中,电池最高温度为29.2 ℃。锂金属氧化物电池在外部短路、强制放电、针刺安全性试验中均未发生燃烧、爆炸等问题,通过GJB 2374A-2013《锂电池安全要求》中的规定。在火焰试验2 500 s时发生了泄放,泄放位置位于铝塑膜侧边封装处,火焰安全性试验通过HJB 864.1-2018《水中兵器锂电池安全性要求 第1部分：锂金属氧化物电池》中的规定。
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  零伏存储对钠离子电池衰退行为的性能影响

  陆雨晗, 温浩伟, 杨斌, 乔志军, 阮殿波

  电源技术. 2024, 48(7): 1318-1326. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.020

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  储能安全对推动国民经济有重要支撑作用,钠离子电池因钠资源丰富、低成本以及高安全性等优势成为目前储能技术的研究热点。重点介绍了零伏存储后钠离子电池的稳定性,并通过电化学性能分析、物化特性分析的方法探究了零伏存储时间对钠离子电池和锂离子电池的影响以及衰减机理的差异性。实验结果表明：零伏存储后的钠离子电池容量可恢复性较强,在零伏存储120 d后达到了98.66%,但钠离子电池的R_s增加显著,最大变化率达到4 595.89%,并且正极活性物质结构也受到了一定程度的损伤,最终导致钠离子电池寿命衰减。相较于锂离子电池,钠离子电池具有较好的零伏稳定性。
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  质子交换膜燃料电池叶脉型流场结构设计与优化

  甘忠禹, 陈涛, 张瑞轩, 肖飞

  电源技术. 2024, 48(7): 1327-1333. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.021

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  质子交换膜燃料电池的性能受双极板中流场结构的影响。设计了一种叶脉型仿生流场,并建立了一个三维、多相的PEMFC模型。为了使仿生流场PEMFC具有最大的输出功率,构建Kriging代理模型分别与遗传算法和粒子群优化算法结合,寻找此仿生流场结构的最佳参数。结果表明当电池工作电压为0.5 V时,优化模型比基础模型功率提高了13.94%。优化模型阴极侧流道内液态水以及流道靠近气体扩散层处的气体压强、反应物质量分数分布均匀性更好。
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  PEMFC膜电极组件接触压力分布仿真研究

  任桂, 王影, 邢彦锋, 曹菊勇, 缪雪龙

  电源技术. 2024, 48(7): 1334-1339. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.022

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  膜电极组件(MEA)上接触压力分布对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能有显著影响。建立了PEMFC三维单电池模型,研究了产品装配过程中端板材料和厚度、密封垫硬度对MEA接触压力分布的影响。在工作工况下,使用热力耦合方法模拟化学反应引起的热效应,研究了温度对MEA接触压力分布的影响。结果表明,端板材料与厚度对接触压力分布均匀性的影响较大,随着密封垫硬度增大,接触压力的均匀性得到改善,但影响了密封效果。此外,温度升高不仅影响MEA上接触压力,也使燃料电池密封性能降低。
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  甲醇重整气中CO对低压富氢电堆性能影响研究

  朱国瑜, 葛棋, 付名利

  电源技术. 2024, 48(7): 1340-1345. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.023

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  甲醇重整制氢混合气体作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的阳极燃料可以避免氢气纯化,降低燃料电池的运行成本。但是重整气体中的CO对质子交换膜燃料电池阳极催化剂具有毒化作用,进而使得电池性能严重衰减。为系统地研究重整气中CO对质子交换膜燃料电池性能的影响,搭建了低压富氢电堆发电系统测试平台,模拟甲醇重整气组成配置标气,对PEMFC进行发电测试,研究发现CO对PEMFC的性能影响较大,当重整气中CO浓度为20×10^–6时,电堆的电压输出从55.8 V逐渐下降到44.3 V,这个期间过多地消耗H₂和空气,造成电堆发电效率下降。研究发现采用阳极补氧技术,即电堆阳极补入空气为富氢混合气体的1.0%~2.0%,可以有效降低微量CO(20×10^–6以下)对电堆性能衰减的影响,提升了燃料电池的耐久性,保障PEMFC发电系统长时间稳定发电。
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  LiSi/CoS₂体系在小电流长工作时间热电池的应用研究

  占志强, 欧阳琼, 陈祥华, 梁顺飞, 韩晓丽, 唐立成

  电源技术. 2024, 48(7): 1346-1350. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.024

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  结合热电池的特点,开展了LiSi/CoS₂热电池体系小电流密度工作时的电解质匹配性研究、电解质配比研究、热量匹配研究以及在长工作时间热电池的电性能对比研究。实验结果表明：LiSi/CoS₂体系小电流密度工作,与LiF-LiBr-KBr电解质匹配性较好,最佳的电解质配比为m_LiF-LiBr-KBr/m_MgO=60/40,最佳的热比值设计为0.70;LiSi/CoS₂体系热电池小电流密度工作的放电容量比LiSi/FeS₂体系增加了31%,比LiB/CoS₂体系具有更高的经济效益,更适合于小电流长工作时间热电池的工程化应用。
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  热电池用高能改性加热材料的制备及性能研究

  唐立成, 郭灏, 王京亮, 孟剑, 占志强

  电源技术. 2024, 48(7): 1351-1355. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.025

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  采用掺杂改性方式制备了热电池用均匀发热加热材料,通过配方优化进一步制得了超燃分压加热材料,并对其理化特性和电化学性能进行了研究。研究结果表明：添加K₂SO₄改性制得的均匀发热加热粉和超燃分压加热粉均会成倍扩宽释热温区,并显著降低热冲击峰值;K₂SO₄改性的均匀发热加热粉可以明显降低热冲击带来的容量损耗,对提高热电池的脉冲电压和工作时间效果显著;配方优化的超燃分压加热粉可以与高锂含量的LiB负极良好匹配,还能大幅降低加热材料用量,对提高电池能量密度意义非凡。
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  热电池用SnS₂/CoS₂复合正极材料的制备及其电化学性能研究

  孟剑, 唐军, 罗莉, 唐立成, 潘志鹏

  电源技术. 2024, 48(7): 1356-1360. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.026

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  采用烧结法制备了不同摩尔配比的SnS₂/CoS₂复合正极材料,并对三种配比复合正极材料的物理和电化学性能进行了测试。结果表明：SnS₂/CoS₂复合正极材料的热解温度为600 ℃,较高的热解温度使其具备作为热电池正极材料应用的基础。另外,当复合正极材料SnS₂和CoS₂摩尔比为1∶1时,复合正极材料单体电池的比容量较高,在100 mA/cm²电流密度下放电,以1.5 V为截止电压,比容量达到了278.51 mAh/g,较纯SnS₂正极材料的电池比容量提升了19.4%,相对纯CoS₂正极材料的电池比容量也提升了6.2%。复合正极材料较高的比容量主要得益于其较高的电压平台和较低的内阻。
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  热电池新型正极材料的制备与性能研究

  宋卫兵, 孙现忠, 康二维, 骆静, 钱玉敏

  电源技术. 2024, 48(7): 1361-1368. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.027

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  采用溶剂热法和高温煅烧法制备了FeF₃-FeF₂正极材料,并对其物理和电化学性能进行了表征。结果表明：FeF₃-FeF₂正极材料的比表面积为11.8 m²/g,远大于FeS₂的比表面积(0.5 m²/g)。FeF₃-FeF₂正极材料的初始热分解温度为850 ℃,比FeS₂高出300 ℃,比CoS₂高出200 ℃。FeF₃-FeF₂单体电池的空载电压为3.22 V,远高于FeS₂的空载电压(2.05 V)。LiB/LiF-LiCl-Li₂SO₄/FeF₃-FeF₂单体电池在电流密度150 mA/cm²下的初始放电电压为2.65 V,截止电压1.5 V,能够放电308 s,放电比容量达到160.4 mAh/g,较LiCl-KCl和LiF-LiCl-LiBr电解质体系提高75.3%和43.5%,表现出更长的工作时间。因此,对于高电压、高比能量和高比功率热电池的研制,FeF₃-FeF₂是一种极具前景的热电池正极材料。
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  海水激活电池电解液流动特性仿真

  豆照良, 程超, 陈文彬, 司丽娜, 刘峰斌

  电源技术. 2024, 48(7): 1369-1374. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.028

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  动力电源是无人水下航行器(UUV)的关键部件,是制约UUV更新换代的瓶颈之一。选取现有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阻力大、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,以期为海水激活电池电解液流道的结构优化提供参考。结果表明：随着进液口电解液流量增加,电极板流场内压力分布均匀性逐渐变差;进液口的4条支流道内部通道及出口处尾流的流速变快,速度不均匀度增加;电极板流场内漩涡变大且回流范围扩大,流速不均匀面积明显变大。
研究与设计：物理电源
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  InP衬底上制备GaInAsP/GaInAs双结太阳电池的研究

  张恒, 刘如彬, 张启明, 孙强

  电源技术. 2024, 48(7): 1375-1379. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.029

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  基于InP衬底的GaInAsP/GaInAs太阳电池是制备五至六结叠层太阳电池必需的低带隙子电池。采用MOCVD制备了与InP衬底晶格匹配的Ga_0.47In_0.53As三元材料和Ga_0.16In_0.84As_0.3P_0.7四元材料,禁带宽度分别为0.77和1.11 eV,它们都具有较高的晶体质量。以此为有源层制备了GaInAsP/GaInAs双结叠层太阳电池,该双结太阳电池的开路电压为1.09 V,光电转换效率为11.2%(AM0,25 ℃)。
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  星载供配电系统应用GaN数字电源关键技术研究

  庞智敏, 贺奉平, 雒东阳

  电源技术. 2024, 48(7): 1380-1385. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.030

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  第三代半导体功率GaN器件由于具有良好的抗空间电磁辐照特性,特别适合应用于空间电源系统和空间电力电子领域,大大缩小了空间电力电子设备的体积和质量。根据航天器应用的空间供配电系统的需求,结合GaN器件特点,提出了一种基于GaN器件和数字DC/DC变换拓扑的42 V航天器供配电系统,并确定了该数字DC/DC变换器的主要技术指标。通过使用GaN器件、LLC谐振及软开关、同步驱动技术、高频磁性元件,设计的GaN数字DC/DC变换器的开关频率可达3 MHz,与硅基空间电源相比显著提高了功率质量比和功率体积比,满足42 V航天器供配系统对数字DC/DC变换器的要求,符合卫星供配电系的发展趋势。提出了应用GaN器件的数字DC/DC变换器关键技术攻关以及验证情况,通过采用抗辐射加固的GaN器件以及驱动芯片、新型散热技术,大大提高抗辐照特性和热特性。试验结果表明,该数字DC/DC变换器抗单粒子能力大于75 MeV•cm²/mg,电离总剂量效应大于100 krad(Si),热特性满足卫星实际使用要求。同时,根据空间供配电系统长寿命、高可靠性的特点,给出了基于GaN器件的数字DC/DC变换器的进一步研究和发展方向,为早日实现空间应用提供技术支撑。
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  基于模型前馈的双有源桥变换器优化控制

  韩栋梁, 刘彬, 葛磊, 王学军

  电源技术. 2024, 48(7): 1386-1392. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.07.031

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  双有源桥直流变换器功能上是一个有效可靠的电压源,在输出负载变化的情况下提供快速的动态响应是非常重要的。为了提升变换器的稳定性和动态性能,提出一种基于模型前馈的优化控制策略。首先,推导了变换器的降阶平均模型并对模型的精度进行了验证;其次,通过变换器的小信号模型及传递函数分析了控制器参数对系统稳定性的影响;然后,采用模型前馈与反馈的控制方法对系统的动态性能进行优化,结果表明基于模型前馈的控制策略能有效提升负载变化时的动态响应速度;最后,通过仿真和实验验证了所提策略的有效性和可行性。