2025年, 第49卷, 第12期　
刊出日期：2025-12-20

  

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综述
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  硅基负极多场耦合失效机制与解耦策略研究进展

  赵少宁, 王鑫峰, 郭剑锋

  电源技术. 2025, 49(12): 2459-2470. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.001

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  硅基负极因其高理论比容量被视为下一代锂离子电池的重要材料,然而其在锂化/脱锂过程中发生的显著体积变化导致多场耦合失效,严重阻碍其实际工程应用。分析了硅负极在循环过程中的应力积累、裂纹扩展行为及其与电化学、热效应的复杂相互作用,从实际应用角度探讨了多种工程可行的解耦策略,包括高性能粘结剂设计、梯度界面调控、多孔缓冲结构、电极曲率优化以及系统层面的热-压协同管理等方法。评述了通过多尺度调控提升硅基负极循环稳定性和安全性的技术路径,展望了未来机理研究与模型发展面临的主要挑战。
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  全固态金属锂电池安全性研究进展

  孔德钰, 赵子越, 郇庆娜

  电源技术. 2025, 49(12): 2471-2484. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.002

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  全固态金属锂电池具有高的理论能量密度,被认为是未来最具前景的电化学储能形式之一,但金属锂枝晶的威胁和固-固界面的副反应,致使全固态金属锂电池的安全性仍有待商榷。从材料热稳定性、材料机械稳定性、金属锂负极-固态电解质的界面反应三个方面对全固态金属锂电池的安全性进行分析,以此为基础,为本征安全的全固态金属锂电池的研发方向提供指导和借鉴。
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  过渡金属硫化物在镁离子电池中的研究进展

  张宜德, 卫武涛, 米立伟, 王红芳

  电源技术. 2025, 49(12): 2485-2494. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.003

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  镁离子电池具有安全、经济、无枝晶沉积等优点,被认为是最有前途的下一代储能器件之一。然而,Mg²⁺的高电荷密度、强极化效应和缓慢扩散动力学仍然是一个很大的障碍。在此基础上,探索高性能的正极材料成为了镁离子电池发展的重中之重。目前,过渡金属硫化物作为镁离子电池正极材料有极高的应用率。对过渡金属硫化物储镁的国内外研究现状进行了整理和总结,并为提高镁离子电池电化学性能总结出缺陷工程、纳米形貌调控、异质结构工程及电解质界面调节等改性策略,旨在为过渡金属硫化物在镁离子电池中的应用研究提供理论依据和技术参考。
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  储能电池产业发展、标准近况与对策建议

  陈文涛, 申韶鹏, 张世杰, 刘明轩, 马彪, 刘仕强

  电源技术. 2025, 49(12): 2495-2500. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.004

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  在“双碳”目标驱动下,电化学储能作为构建新型电力系统的核心支撑技术,其发展对能源转型至关重要。结合我国电化学储能产业发展实际情况,从技术演进、市场规模、产品发展趋势、现有标准及安全事故等维度梳理发展现状,深入剖析安全及检测标准等方面存在的不足,结合政策导向与技术前沿提出针对性解决建议,为产业可持续发展提供参考。
研究与设计: 化学电源
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  内嵌La₄LiNiO₈强化LiNiO₂单晶高镍正极材料的结构稳定性

  王国贤, 王凯, 胡成志, 黄超仁, 宋晨, 黄嗣杰, 徐汶宇, 陈章贤

  电源技术. 2025, 49(12): 2501-2508. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.005

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  高镍正极材料具有比容量高、环境友好等优势,成为锂离子电池的研究热点,但表界面副反应、晶格畸变等引起的结构和性能衰退成为其亟待解决的难题。传统的改性方法主要包括掺杂、包覆、梯度设计等。创新地引入La/Ce制备获得了La₄LiNiO₈钙钛矿相内嵌的LiNiO₂单晶高镍正极材料。内嵌的La₄LiNiO₈相与Ce⁴⁺协同作用,通过扩大层间距、抑制晶格畸变和改善表界面特性而提升了LiNiO₂单晶高镍正极材料的结构稳定性与电化学性能。LiNiO₂单晶正极材料在0.5 C下循环100次后容量保持率从30.9%大幅提升至94.2%。此外,内嵌的La₄LiNiO₈还降低了LiNiO₂单晶高镍正极材料的界面阻抗,促进了正极固体电解质膜的均匀生长。这为LiNiO₂单晶高镍正极材料的制备与改性提供了一种新的思路。
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  高空气耐受性碳包覆Li₂NiO₂的制备及正极补锂性能

  王凯, 王国贤, 胡成志, 黄超仁, 宋晨, 黄嗣杰, 徐汶宇, 陈章贤

  电源技术. 2025, 49(12): 2509-2516. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.006

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  Li₂NiO₂具有高首次充电比容量优势,且脱锂电压与多数正极材料相匹配,因此成为正极补锂领域的研究热点之一。然而Li₂NiO₂极易与空气中的H₂O、CO₂发生反应而变质,使其失去补锂剂作用。低空气耐受性为Li₂NiO₂正极补锂剂的存储与极片涂布、干燥等电池制造工程增加了难度。首次采用多巴胺干混结合后续高温煅烧流程制备了碳包覆Li₂NiO₂补锂剂,有效地抑制了空气对其侵蚀,副产物Li₂CO₃、LiOH显著减少。在空气中暴露24 h后,Li₂NiO₂的首次充电比容量衰减幅度由51.9%大幅降至14.2%。将碳包覆Li₂NiO₂作为NCM9055正极材料的补锂剂时,全电池的首次放电比容量提升了14.9%,150次循环后的容量保持率提升了11.5%。
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  基于表面改性离子导体固态复合正极构建研究

  李杨, 于智航, 刘兴江

  电源技术. 2025, 49(12): 2517-2522. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.007

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  针对固态电池复合正极内部作为离子导电相的陶瓷电解质与正极活性材料界面兼容性差的问题, 对Li_6.75La₃Zr_1.75Ta_0.25O₁₂ (LLZTO)陶瓷材料进行表面处理, 理化分析和电化学测试的结果表明, LLZTO表面的碱性物质与含Co的过渡金属离子化合物发生了反应, 引入了LiCoO₂功能衍生层, 有效避免了复合正极中固态电解质导电相与正极活性物质的直接接触,提升了异质界面的相容性。在此基础上实现了复合电极的大面积构建,匹配LLZTO/PVDF基固态电解质体系制备了软包固态电池,正极活性物质性能得到充分发挥,50次循环容量保持率达到91.8%,具备良好的电化学性能。
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  负极硅碳掺混量对高比能电池性能影响的研究

  安琪, 王知常, 马洪运, 慈鑫

  电源技术. 2025, 49(12): 2523-2532. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.008

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  以负极中硅碳掺混质量分数分别为30%、40%和45%的同型号锂离子电池为研究对象进行系列测试。研究发现：提高负极硅碳掺混量会造成电池首次效率和电压平台的下降,对比能量发挥造成不利影响;同时会加速电极结构破坏,掺混量由30%增至45%后,循环寿命缩短304次;而且掺混量提高后,负极电阻率直线上升,低温放电性能劣化。但负极硅碳的高比例引入,可有效降低正、负极片的涂敷量,缩短锂离子迁移路径。4.00 C放电容量保持率提升3.92%,温升降低2.3 ℃;2.00 C充电的恒流充入比提高4.65%;同时更低的极片涂敷量可减少与电解液的副反应,改善高温存储性能,容量恢复率提升0.76%。
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  退役三元18650电池的性能测试

  姜文钊, 韦思良, 郑泽纯, 袁伟泽, 何志辉

  电源技术. 2025, 49(12): 2533-2541. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.009

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  以某退役18650型三元电池为样本,分析了电池在GB/T 34015-2017条件下的余能,研究了电池的循环寿命和循环放电特性,测试了电池在GB/T 40165-2021条件下的安全性能。结果表明：该批电芯的余能分布在额定容量的63%~80%。退役电池的放电容量和循环寿命与倍率有关,低倍率下退役电芯的循环寿命明显增大,并且退役电芯的余能低于额定容量的75%时,其循环性能明显下降。退役电芯的余能在75%~80%之间,循环寿命没有明显差异,并且可通过多项安全试验,表现出较好的安全性能。
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  锂离子电池析锂量化及模型研究

  陈硕, 张睿, 丁飞

  电源技术. 2025, 49(12): 2542-2552. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.010

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  针对锂离子电池的特性,构建了电化学-热耦合基准模型,并通过对比实验数据验证了其准确性;在此基础上,进一步考虑了固体电解质界面(SEI)膜的生长及析锂副反应对电池性能与寿命的影响,建立了锂离子电池寿命预测模型。通过对不同老化程度的电池进行拆解分析,从宏观与微观两个尺度系统考察了负极表面形貌随循环次数的演变特征。结合电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)实验,定量分析了析锂引起的容量衰减,结合仿真模型确定了析锂的老化速度。将0和25 ℃环境下,不同倍率下的仿真结果和实验数据对比后发现,该模型对电池剩余可用容量预测的均方根差(RMSE)小于6.48%,并能仿真预测电池容量跳水。
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  基于PKO-XGBoost-TCN的锂电池SOH估计

  高国章, 刘长昊, 袁裕鹏, 初建树

  电源技术. 2025, 49(12): 2553-2562. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.011

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  锂离子电池健康状态(state of health, SOH)的准确评估是电池管理系统的核心功能,直接关系到电池的寿命及运行安全性。作为SOH估计的关键环节,健康因子(health factors, HFs)的提取与选择直接决定了退化表征的有效性,提出一种基于斑鱼狗优化算法(pied kingfisher optimizer, PKO)、极端梯度提升算法(extreme gradient boosting, XGBoost)及时间卷积网络(temporal convolutional network, TCN)的SOH估计方法。该方法从充电电压曲线和增量容量曲线中提取HFs,利用PKO优化XGBoost特征选择过程,筛选出更具代表性的HF组合;随后采用TCN对时间序列建模,捕捉长期依赖关系。最后,在两个公开数据集上验证了本方法的有效性,并与其他机器学习模型进行了比较。结果表明,所提出方法具有较高SOH预测精度,在所有数据集上的平均绝对百分比误差均小于1.30%,平均绝对误差均低于0.85%,且数据量减小时,仍具有优良的稳定性。
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  两级拓扑电路的电池组均衡模糊控制算法研究

  崔新文, 冯成涛, 储开斌, 朱栋

  电源技术. 2025, 49(12): 2563-2571. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.012

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  为了提高电池组均衡效率,提出了一种新型的两级均衡电路方案。第一级均衡电路采用优化后的Buck-Boost来实现组内各单体电池的能量转移,第二级电路则利用单电感拓扑实现各电池组间的能量传输。在均衡控制策略中,基于电池开路电压(OCV)和荷电状态(SOC)这两个关键均衡变量,设计了模糊控制器,并通过引入了适当的权重系数来调节两者输出的均衡电流。通过电路仿真验证,所提算法显著提升了均衡效率。结果表明,与传统Buck-Boost分层拓扑相比,所提出的拓扑将电池均衡速度提高了49.1%;与传统模糊控制算法(FLC)相比,所提算法提升了25%以上的时间效率。
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  基于多层非对称均衡电路的锂电池组主动均衡策略研究

  任帅, 张可, 李翔, 钱龙, 汪令琦, 秦轲, 侯仕杰

  电源技术. 2025, 49(12): 2572-2579. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.013

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  针对主动均衡电流上限约束导致均衡速度瓶颈问题,提出一种多层非对称均衡电路及主动均衡策略。通过构建多层非对称均衡电路架构,组间为非对称Flyback均衡电路,组内为双层Buck-Boost均衡电路,利用组间的非对称电路差异化均衡充放电电流,突破均衡放电电流上限;在此基础上设计出基于模糊控制的SOC-电流的双闭环均衡策略：外环基于SOC偏差及均值动态生成均衡电流参考值,内环采用PI控制器实现电流精确跟踪,在提升均衡效率的同时确保电池安全运行。最后MATLAB/Simulink仿真实验平台的均衡结果表明,相较于传统分层主动均衡方案,所提出方案的均衡速度提升了47.3%,均衡电流上限平均提升了89.5%。
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  热电制冷电池热管理系统动态响应性能研究

  林涛, 陈承戴, 陆昶兴, 韩凤琴

  电源技术. 2025, 49(12): 2580-2587. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.014

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  针对锂离子电池充放电引发的热失控风险,提出基于热电制冷(TEC)的动态温控方法,通过实验研究TEC输入电流(0.43~3.4 A)、恒放电倍率及变放电倍率(0.75 C~1.50 C)下对电池温度、TEC制冷性能及能耗的影响。结果表明：TEC输入电流与冷热端温差呈非线性正相关,1.2 A下电池温升速率最低,仅为3.29 ℃/h。但焦耳热与热传导效应导致制冷效率随电流增大而递减;1.25 C放电工况下系统能效比(coefficient of performance,COP)达峰值3.77。1.50 C高倍率需3.4 A电流维持电池温度≤30.05 ℃,总能耗增至24.85 Wh,而0.75 C低倍率功耗仅5.63 Wh。动态控温实验表明,TEC在阶梯式放电(阶跃时间≤5 min)中可实现电池温度波动≤±1.7 ℃,显著提升了电池运行稳定性。短阶跃时间(1 min)工况较长阶跃时间(9 min)温度波动降低50%,冷热端温差减小60%。对TEC动态调控下制冷量与能耗的平衡控温和热电制冷的高效机制进行了研究,为电池热管理系统的能效优化提供了理论支撑。
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  一体式结构复合凝胶聚合物电解质的制备研究

  崔明明, 孙红

  电源技术. 2025, 49(12): 2588-2593. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.015

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  通过合成功能性填料(Li-IL@ZIF-67)改性聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(PVDF-HFP)基凝胶聚合物电解质,制备复合凝胶聚合物电解质(CGPE)。进一步将空气阴极与CGPE光固化在一起,制备一体式结构复合凝胶聚合物电解质(I-CGPE)并成功应用在锂氧气电池中。结果表明,引入Li-IL@ZIF-67制备的CGPE膜具备高离子电导率和锂离子迁移数。I-CGPE有效改善了电解质/电极界面电阻大及接触不良问题。所组装的一体式结构复合凝胶电解质锂氧气电池在0.1 mA/cm²电流密度下循环493次,具备长循环稳定性。
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  银杏果仁基多孔碳材料的制备及储锌特性研究

  朱秀栋, 孙雅怡, 汤志阳, 李欣, 盛喆

  电源技术. 2025, 49(12): 2594-2601. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.016

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  锌离子混合电容器通常由电池型负极和电容型正极组成,并且继承了锌离子电池和超级电容器的优势,可以同时拥有高比能量和比功率。碳材料作为最常用的正极材料,对器件的性能表现具有显著影响。在研究中,将银杏果仁作为原料,通过预碳化和KOH活化处理两步热解法成功制备了多孔碳纳米片材料。通过扫描电子显微镜、比表面积及孔隙分析仪、电化学工作站等对材料进行了形貌结构特征以及电化学性能的观察和分析。结果表明,所制备的银杏果仁基碳材料表现出由相互连接超薄纳米片结构组装而成的形貌结构特征,并具有以微孔为主兼具一定量介孔/大孔的层次孔结构。所组装的锌离子混合电容器能输出最高166.88 Wh/kg的比能量以及最大11 392.41 W/kg的超高比功率。
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  电位驱动的Pt状态变化对PEMFC阴极碳载体腐蚀的催化作用

  李彬琪, 周芬, 张慧, 潘牧

  电源技术. 2025, 49(12): 2602-2610. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.017

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  质子交换膜燃料电池(PEMFCs)阴极碳载体的电化学腐蚀问题严重制约其寿命,而铂(Pt)催化剂的氧化状态与碳腐蚀行为密切相关。通过非色散红外光谱(NDIR)实时监测CO₂释放特征,结合三角波循环电位与恒电位测试,系统探究了Pt/C电极和纯碳电极在不同电位驱动下的碳腐蚀机制。三角波电位循环工况下Pt/C电极的碳腐蚀速率存在5个特征峰,本文从中识别出7个关键特征电位：正向循环特征电位TP1、TP2、TP3和TP4分别为0.20、0.55、0.70和1.00 V,逆向循环特征电位TP5、TP6和TP7分别为1.00、0.75和0.30 V。恒电位运行工况下,不同于纯碳电极的碳腐蚀速率随恒电位的上升单调增大,Pt/C电极的碳载体腐蚀速率随恒电位的上升出现起伏,用特征值电位替代该电位下腐蚀速率数值,其大小排序为1.00 V>(0.50 V≈0.70 V)>0.90 V>0.80 V,表明燃料电池运行要避免较高和相对较低的运行电位。结合不同电位下纯碳电极和Pt电极表面化学状态分析,结果表明Pt⁰状态的Pt对碳载体腐蚀的催化活性最高,随着电位上升Pt的氧化程度加深,其对碳载体腐蚀的催化活性也逐渐减弱。1.00 V以上长时间运行,Pt表面形成的稳定氧化物对碳腐蚀的催化作用可忽略不计。
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  船形堵块几何特性对质子交换膜燃料电池性能的影响研究

  孙沛晨, 王冠超, 蔡永华, 戴宇光

  电源技术. 2025, 49(12): 2611-2618. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.018

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  质子交换膜燃料电池(PEMFC)中流道作用关键,流场设计影响传质与性能。在流道内设置堵塞结构可增强传质、提升电池性能,阴极侧流道需及时排水并让氧气流向催化层。为进一步提高PEMFC性能,通过建立三种船形堵块结构并设置在阴极流道两侧,研究堵塞对传质和性能的影响。先构建直流道三维PEMFC模型计算不同电流密度下电池的功率,再建立阴极流道船形堵块初步三维模型仿真分析,发现船形堵块几何形状对传质增强影响极大。侧向堵块布置能增加扩散层氧气浓度、利于排水,优化得出船形堵块几何形状为B3时,高电流密度下燃料电池性能最佳,在1.9 A/cm²时,可使电池性能提高13.75%。
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  复合材料改性室温钠硫电池隔膜及其潜在应用

  康凤伟, 董春伟, 张楠楠, 苏志江, 董阳, 吴福梅

  电源技术. 2025, 49(12): 2619-2625. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.019

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  采用真空抽滤法将氮掺杂多孔碳和二硒化钨包覆于玻璃纤维隔膜的表面,制备了一种复合隔膜以抑制多硫化物的穿梭效应。其中,二硒化钨通过化学键限制多硫化物迁移,多孔碳则利用范德华力和活性位点吸附多硫化物,其中掺杂的氮进一步增强了对多硫化物的吸附能力,有效抑制了穿梭效应,减少了活性物质的损失,显著提升了室温钠硫电池的循环稳定性。
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  基于Li₂SO₄体系电解质的热电池用氯化镍正极性能研究

  朱明, 郑侠, 孙旭宁, 胡小薇, 王士瑞

  电源技术. 2025, 49(12): 2626-2630. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.020

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  为了进一步提升氯化镍(NiCl₂)正极在热电池中的性能,开展了NiCl₂正极与Li₂SO₄体系熔盐电解质的匹配性能研究。同时,采用Fe粉、二硫化铁、二硫化钴等材料对NiCl₂正极进行改性,并搭配Li₂SO₄基隔离粉开展放电测试。结果表明Fe粉改性NiCl₂正极的性能最优,相比纯NiCl₂正极,电压曲线无滞后问题,对应放电容量达到理论容量的70%以上。此外,还将铁粉与碳包覆NiCl₂进行复合,放电容量得到进一步提升,相比碳包覆前的NiCl₂/Fe复合正极提高了5%。
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  小型飞行器电源设计技术研究

  席晓文, 李平, 王智毅, 郑红星, 左非, 姚力莎

  电源技术. 2025, 49(12): 2631-2634. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.021

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  基于小型飞行器电气系统对电源的需求,对器上电源进行了分析讨论。器上电源主要分为控制电源、点火电源和驱动电源。控制电源设计时,应考虑控制电池放电模式、电源通道布线方式、负载端电压满足情况和用电部件启动时刻;点火电源设计时,应考虑点火电池放电模式、电源通道布线方式和限流电阻设计;驱动电源设计时,应考虑驱动电池放电模式和线缆上的能量损失。研究结果对于小型飞行器的电源设计具有重要的参考意义。
物理电源
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  新型Cs₂PtI₆基双钙钛矿太阳电池性能数值分析

  甘永进, 邱贵新, 周玉婷, 郭杨炎, 罗有焕

  电源技术. 2025, 49(12): 2635-2643. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.022

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  为构建高效、稳定的双钙钛矿太阳电池,提出以Cs₂PtI₆双钙钛矿材料为光活性层,在SCAPS-1D平台构建结构分别为FTO/SnO₂/Cs₂PtI₆/NiO/Au和FTO/SnO₂/Cs₂PtI₆/CBz-PAI/NiO/Au的单空穴传输层和双空穴传输层器件结构。数值研究结果表明,Cs₂PtI₆层厚度和缺陷态密度主要影响器件的光子吸收效率及载流子复合率来影响器件性能,器件效率随Cs₂PtI₆层厚度增加而增加,而随着Cs₂PtI₆缺陷态密度增加而减小。开路电压随着Cs₂PtI₆和空穴传输层界面缺陷态密度增加而减小。温度的升高促进载流子复合,从而抑制器件效率。
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  微小型四旋翼无人机激光供电技术研究

  于智航, 李焱宇, 倪旺, 张晓辉, 杨国枫, 吕朝晨, 刘兴江

  电源技术. 2025, 49(12): 2644-2649. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2025.12.023

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  针对微小型无人机所面临的航时短、低载荷等问题,在无人机激光供电模块设计时加入质量约束条件,设计了一种散热与封装一体化的铝基激光光伏电池组件,系统研究了激光光源输出激光功率和旋翼无人机激光光伏电池组件输出电功率及温升的关系,在输入激光功率180 W时,输出电功率可达75.3 W,可满足500 g级微小型无人机悬停功率需求。该研究工作对于未来四旋翼无人机激光供电系统的设计具有重要意义。