2026年, 第50卷, 第6期　
刊出日期：2026-06-20

  

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放射性同位素核电池专刊
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  院士寄语

  电源技术. 2026, 50(6): 989-989.

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  用于辐射伏特电池的半导体换能单元研究进展

  李霖民, 李灿灿, 陈兰花, 李枝仔, 李凯, 柴之芳, 王殳凹, 王亚星

  电源技术. 2026, 50(6): 990-1013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.001

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  辐射伏特微核电池(RVBs)凭借其输出稳定性、体积小巧、能量密度高及使用寿命长等优势,已成为微型能源领域中极具竞争力的候选电源。自1913年该效应被首次发现以来,RVBs的器件构型与性能指标经历了广泛研究与显著提升。在能量转化过程中,半导体起到将衰变粒子能量转化为可用电能的作用,是构成RVBs的关键换能单元。具体而言,半导体换能单元的物理特性直接制约着衰变粒子在其中的能量沉积深度及载流子的收集效率。同时,器件的结构设计也高度依赖于半导体材料的可加工性与抗辐照性能。因此,明晰半导体换能单元与放射源之间的适配关系,对构建高性能RVBs至关重要。阐述了RVBs中各关键组件的功能及其对器件性能的影响;以半导体换能单元为主线,系统综述了不同半导体换能单元下RVBs的研究进展。最后,剖析了当前领域存在的核心挑战,并提出了相应的解决思路与技术路径。
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  宽带隙辐射伏特效应同位素电池研究进展

  魏俊峰, 宋庆志, 姜炳旭, 于智航, 张超

  电源技术. 2026, 50(6): 1014-1023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.002

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  同位素电池能够利用放射性核素衰变持续释放的能量实现长期稳定供电,在深空探测、植入式医疗器件、极端环境传感和微型电子系统等领域具有重要应用前景。近年来,随着宽带隙半导体外延生长、辐射输运模拟和微纳器件制造技术的快速发展,碳化硅、氮化镓、金刚石等材料因其优异热稳定性和较强抗辐照能力,成为高性能辐射伏特器件的重要候选。与此同时,钙钛矿及放射光伏耦合路线也为新型核微电源提供了新的材料与结构设计思路。系统综述了宽带隙辐射伏特同位素电池的基本工作原理、放射源选择原则、典型宽带隙材料体系及代表性器件结构,围绕材料体系创新、能谱匹配优化以及结构优化设计等方向,对未来研究趋势进行了讨论。
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  ⁸⁵Kr同位素电池研究进展

  刘欢, 贾楠楠, 魏绪波, 周剑, 柯炳正, 康宁, 虞想, 杨林清, 李兴杰

  电源技术. 2026, 50(6): 1024-1032. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.003

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  放射性同位素电池凭借长效稳定、环境适应性强的优势,在极端环境供电领域具有不可替代的应用价值。系统梳理了⁸⁵Kr同位素电池的国内外研究现状和技术路线与最新进展。研究发现,当前⁸⁵Kr同位素电池仍处于理论验证与原理样机研发阶段,核心瓶颈在于气态源封装与结构轻量化的矛盾、能量转换效率偏低及全生命周期安全管控体系不完善。未来随着核废料资源化需求增长与材料、封装技术革新,⁸⁵Kr同位素电池有望在微功率民用场景实现工程化应用,为相关技术研发与推广提供理论参考与方向指引。
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  MMRTG月面应用可行性评估

  刘佑宏, 李泰霖, 陈好东, 张迎增, 向清沛

  电源技术. 2026, 50(6): 1033-1045. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.004

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  随着中美两国月球探测持续升温,月面长期驻留、原位科学实验和基础设施建设对连续、百瓦级、长寿命电源提出了迫切需求。针对月面长月夜、大温差、强辐射换热及月尘沉积等复杂环境,开展多任务放射性同位素温差发电机(multi-mission radioisotope thermoelectric generator, MMRTG)月面应用可行性研究。基于已建立的MMRTG全尺寸三维有限元热电耦合模型,考虑太阳直射、月表反照、月表热辐射、深空冷源及月尘覆盖等因素,进一步建立月面环境三维有限元传热模型。结果表明,月尘覆盖显著恶化热安全边界,最不利热工况并不严格对应正午时刻;赤道区域热安全风险最为严峻,而中高纬度和极区工况下热安全裕度显著改善;标准MMRTG在赤道最不利工况下难以在正常运行电压范围内同时满足热安全和输出要求。研究结果可为月面放射性同位素电源方案论证与热安全设计提供依据。
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  同位素温差电源传热性能的实验研究及数值模拟分析

  吴应杰, 于永龙, 张立鑫, 朱盈喜, 杨春慧

  电源技术. 2026, 50(6): 1046-1051. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.005

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  同位素温差电源是一种利用热电材料将放射性同位素衰变热直接转换为电能的静态能量转换装置,具备结构简单、运行稳定可靠、无运动部件及质量轻等优点,在深空探测及航天等领域具有广泛应用。建立了同位素温差电源的传热模型,对其内部温度场开展了数值模拟分析。结果表明,仿真计算结果与实验数据吻合良好,验证了所建电源仿真模型的准确性与可靠性。电源内部各部件温度均远低于材料耐受阈值,满足电源在实际工况下的热安全需求,有效保障其在安全工作温度范围内稳定运行。结合热源热膨胀分析结果与电源温度场分布特征,可为同位素温差电源的结构优化设计提供数据支撑。
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  温差发电器件性能测试装置研制

  袁承洋, 侯旭峰, 高犇

  电源技术. 2026, 50(6): 1052-1056. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.006

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  放射性同位素温差电池(RTG)是深空探测、深海等极低温、弱光、无光等特殊场景的理想能源,其核心部件温差电器件的性能与寿命直接影响成败。准确评估器件在模拟工况下的热电性能和长期稳定性,是推动RTG技术发展的基础。针对现有温差发电器件测试装置存在测试效率低、条件控制不稳定、操作维护不便等问题,设计并研制了一套新型温差发电器件性能测试装置。该装置主体采用上下分体式真空腔体结构,三工位并行测试;通过气压驱动预紧系统实现预紧力精确控制;冷热端温度独立精密可调,最高温差达450 ℃。实验表明：装置真空度优于10^-3 Pa,温度控制精度±1℃,压力控制精度±1% F.S.,多测试区一致性良好,重复性测试变异系数<2%;相较传统单器件测试并行测试效率提升60%以上,120 h连续运行实验验证了装置的长期稳定性。
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  n型Bi₂Te₃基热电材料/Ni-Fe-P扩散阻挡层的界面稳定性研究

  张康, 宋庆峰, 吴子华, 柏胜强

  电源技术. 2026, 50(6): 1057-1065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.007

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  针对n型碲化铋基热电材料缺乏高可靠界面扩散阻挡层的问题,采用正交实验法研究了镀液中Fe浓度(FeSO₄·7 H₂O含量)、P浓度(NaH₂PO₂·H₂O含量)及电流密度等对镀层成分与微观结构的影响。XRD和SEM结果表明,镀层中Fe和P的含量共同影响镀层的微观结构。恒温老化实验结果表明,晶态结构镀层呈现出高的界面结合强度和低的室温界面电阻率,成分为79.3% Ni-17.8% Fe-2.9% P(质量分数)的晶态镀层在200 ℃下老化144 h后,界面结合强度高于16 MPa,界面电阻率低于8 μΩ·cm²,是一种适用于n型碲化铋的潜在扩散阻挡层。
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  N型方钴矿材料放量及阻挡层制备技术研究

  李轩, 侯旭峰

  电源技术. 2026, 50(6): 1066-1070. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.008

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  用于深空探测等领域的放射性同位素温差电池(RTG)使用的温差电元件数量众多,且元件尺寸达厘米级,因此需发展温差电材料放量制备技术。通过高频熔炼-退火-烧结工艺制备百克量级高热电性能N型方钴矿材料,600 ℃时材料优值达到1.35。为了解决大尺寸晶锭方钴矿与阻挡层界面间参差交错的问题,研制了辅助铺粉装置,并采用一体化烧结方式制备方钴矿阻挡层样品。方钴矿材料与阻挡层间界面电阻率较小且结合强度高,施加剪切力时样品基本沿着方钴矿材料断裂。
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  放射性同位素电源系统数字样机仿真技术

  李泰霖, 张迎增, 陈好东, 刘佑宏, 向清沛

  电源技术. 2026, 50(6): 1071-1083. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.009

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  放射性同位素电源系统(RPS)是未来深空探测任务中不可或缺的能源系统之一。针对在役RPS逆向研究中,不同型号电源几何尺寸、结构设计及功率等级方面差异较大,导致仿真分析建模难、效率低等问题,提出了一种放射性同位素电源系统数字样机仿真技术。首先,对该RPS数字样机仿真技术的功能、研究技术路线进行了总结归纳。然后详细阐述了在役RPS逆向研究的热电耦合分析和辐射剂量分析的流程、方法和注意事项。将该仿真技术应用于GPHS-RTG、“嫦娥四号”RTG、MMRTG等典型电源的逆向研究,得到了上述电源在深空、星表环境下的热电性能、应用方案和辐射剂量分布等重要结果,证明了技术的可行性和普适性,可为未来深空探测任务提供技术支持。
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  自由活塞斯特林发电机永磁直线电机特性研究

  田集斌, 孙述泽, 张安, 许发铎, 李生华, 罗新奎

  电源技术. 2026, 50(6): 1084-1091. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.010

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  自由活塞斯特林发电机由斯特林发动机与直线电机高效耦合而成,描述了一种单气隙动磁式结构的直线电机,工作过程中电机动子部件在活塞驱动下往复振荡。开展了直线电机电磁性能有限元仿真分析,通过空载输出特性、负载输出特性等参数的综合评价确定了磁路结构参数,通过对直线电机的动力学特性分析,明确了直线电机的谐振工作特性,基于优化的结构参数开展设计并研制样机进行实验测试,验证了直线电机的工作性能。
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  毫瓦级同位素电池热电转换模块研究

  刘欢, 周剑, 贾楠楠, 柯炳正, 康宁

  电源技术. 2026, 50(6): 1092-1101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.011

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  通过搭建毫瓦级⁹⁰Sr同位素温差电池的原理样机,使用定制化热电转换模块,测试了多层热电器件串、并联时同位素温差电池的输出性能,结果表明：针对多层热电器件串、并联研究,当热电转换器件三层串联时转换效率最高,此时能量利用达到最大,实测最高转换效率为1.29%,仿真计算最高转换效率为1.54%。该研究结果对后续同位素电池热电转换模块设计和电池结构改进具有重要意义。
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  小型同位素温差电池能量管理系统设计与应用

  李江川, 于永龙, 穆洲, 孙树东, 毛小梅, 马红军, 于振华

  电源技术. 2026, 50(6): 1102-1109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.012

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  小型同位素温差电池是一种前景广阔的新型电池,但存在内阻大、输出功率低的不足,普通升降压电路无法实现高效的能量收集和同位素材料的高效利用。针对小型同位素温差电池,设计一款基于微能量收集芯片BQ25570的能量收集系统,具有最大功率点跟踪功能,能够高效率收集同位素电池输出能量,能量转化效率最高可达87.3%。该系统配置能量收集、主控系统及无线充电部件,可在很大程度上拓展同位素电池的应用领域。
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  基于两阶段逆高斯过程的同位素电源寿命预测

  武伟名, 李鑫, 桑雨柔

  电源技术. 2026, 50(6): 1110-1118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.013

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  针对空间同位素电源(RTG)在长期服役中表现出的非线性退化特征,提出一种基于逆高斯过程(IGP)的寿命预测方法。通过分析RTG退化机理,识别其存在明显的快速退化与稳定退化两个阶段。构建了包含随机效应的两阶段IGP退化模型,并引入基于差分特征的自适应算法实现对退化转折点的准确识别。基于首次穿越时间(FPT)理论推导了剩余寿命(RUL)的解析分布,并利用期望最大化(EM)算法对模型参数进行估计。利用先驱者号与卡西尼号 RTG 实测数据进行验证,结果表明：该方法能够有效预测RTG的物理退化趋势,尤其在长周期任务预测中,两阶段建模将末期相对误差控制在0.5%以内,预测误差显著低于传统单一建模方法。
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  百瓦级同位素斯特林发动机热分析与优化

  翟帆顺, 李鑫, 罗洪义, 唐显, 何虎, 武伟名, 牛厂磊

  电源技术. 2026, 50(6): 1119-1126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.014

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  在深空探索任务中,能源的供应是关键挑战。由于深空环境中太阳光强度显著衰减,太阳电池应用受限,常用的能源为放射性同位素热源,为提高放射性同位素的利用率,提出采用放射性同位素结合斯特林发动机的系统作为深空探测器的供能方案,研究放射性同位素热源-斯特林发动机整体效率的优化。利用三维建模软件对放射性同位素热源及集热器结构进行了三维建模,并装配成斯特林发动机热头,通过有限元分析软件进行热分析,以确保热耦合部件间的温度匹配。基于一维斯特林优化软件Sage,建立了自由活塞斯特林发动机热力学模型,系统探讨了充气压力、热端温度、冷端温度、加热器通道数量及直径等关键参数对系统效率的影响。结果表明：充气压力增大、热端温度提高、冷端温度降低、加热器通道数量增加与直径减小有助于提高斯特林发动机的效率和输出功率。该结论为设计高效可靠的放射性同位素斯特林发动机提供了指导。
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  一种用于物联网节点的自供能传感标签设计

  孟占昆, 赵一聪, 高鹏, 王赫, 刘宇飞, 丁健, 张丽丽

  电源技术. 2026, 50(6): 1127-1134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.015

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  针对物联网(IoT)节点长续航、低维护的应用需求,以及传统化学电池的固有局限,设计了一种基于温差发电的自供能传感标签。该标签集成温差发电、能量管理、储能、传感、主控及无线收发单元,可实现–40~125 ℃温度、0~100% RH湿度的精准监测,基于低功耗蓝牙(BLE,bluetooth low energy)协议完成无线数据传输。测试表明：系统静态功耗低至4.87 μW,3 s广播间隔下动态平均功耗仅0.033 5 mW;人体体温环境1.8 ℃温差下,整流稳压后发电功率达0.039 6 mW,可完全覆盖系统动态功耗,日常穿戴场景续航较纯电池方案提升 96.8%,实现自供能持续运行。该设计可为IoT环境感知、工业监测等场景提供绿色自主供电方案。
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  高比能电池中的全氟局部高浓度电解液研究

  易伟亮, 张创业, 陈亮, 刘兆平

  电源技术. 2026, 50(6): 1135-1144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.016

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  锂金属负极与富锂锰基(LLOs)正极是实现大于600 Wh/kg高比能电池的理想体系。针对其高活性与高电压特征,通过分子协同调控策略,构建了由乙酸2,2-二氟乙酯(DFEA)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、氟甲基六氟异丙醇醚(D₃)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)组成的全氟局部高浓度电解液(DFD)。理论与实验表明,弱溶剂化且耐氧化的DFEA促进FSI^–进入Li⁺第一溶剂化鞘层,形成以接触离子对(CIP)和离子聚集体(AGG)为主的结构;FEC还原构筑富LiF且致密固态电解质界面(SEI);D₃降低黏度并改善润湿性。DFD体系具有宽电化学窗口,使Li||LLOs电池在4.6 V电压下稳定循环150次。组装的608 Wh/kg的12.8 Ah软包电池在高面载量、贫电解液和低N/P条件下循环100次后容量保持率为64.5%,展现出良好应用前景。
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  TMSP对掺混三元的磷酸锰铁锂电池高电压循环性能的影响

  魏海涛, 朱伟华, 任雪岩

  电源技术. 2026, 50(6): 1145-1152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.017

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  研究了三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)电解液添加剂对磷酸锰铁锂复合三元正极材料(LiMn_0.6Fe_0.4PO₄-LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂,简称LMFP-NCM)/石墨电池高电压循环性能的影响。结合理论计算、电化学表征、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等分析手段,发现在高电压(4.2 V)下,TMSP添加剂能够优先在 LMFP-NCM正极表面被氧化分解,构建形成富含无机盐成分的正极电解质界面(CEI)膜;分析表明,形成的稳固且均匀的CEI膜,能够有效降低循环过程的极化电压、阻隔电解液和正极的直接接触进而抑制电解液的持续分解、抑制过渡金属离子的溶出进而稳定正极晶体结构,使 LMFP-NCM/石墨全电池能够在4.2 V高电压下仍保持优异的电性能。电性能结果表明,添加1% TMSP的电池在4.2 V下表现出卓越的循环稳定性,其容量保持率(500次循环后容量保持率>94%)和倍率性能(3 C倍率下比容量达127.51 mAh/g),远高于未添加 TMSP的空白组电解液体系。
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  基于LiOH-LiNO₃-KCl三元熔盐体系修复废旧NCM613材料的研究

  张宏, 王裕民, 付蓉, 李翔, 张丽娟

  电源技术. 2026, 50(6): 1153-1162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.018

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  锂离子电池三元正极材料中所含的锂、镍、钴等金属资源稀缺、价格昂贵,且具备重要战略意义。随着大量锂离子电池进入退役阶段,其可持续回收利用逐渐成为关注焦点。相较于传统回收工艺,直接修复技术省去了高温冶炼与复杂酸浸,通过特定手段使废旧锂离子电池恢复或接近于原始材料电化学性能。熔盐法作为直接修复的关键技术,其核心在于通过特定的熔盐体系在一定的条件下高效实现废旧材料的晶体结构修复和补锂。采用LiOH-LiNO₃-KCl构建的三元熔盐体系对失效NCM613正极材料进行直接修复。实验结果表明,材料的微观结构得到恢复,具体表现为微裂纹消除及表面岩盐相重构为层状相,其电化学性能也得到显著提升。修复材料的1 C容量恢复率达到91.7%;在1 C倍率下循环200次后,容量保持率为86.6%,优于商业新材料的56.6%;在5 C高倍率下循环200次后,其容量保持率仍达81.6%,远高于商业材料的28.9%。上述结果验证了该熔盐体系在修复废旧NCM613材料方面具备良好可行性。
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  铬基金属氧化物/V₂O₅的复合锂原电池体系研究

  田宇, 王刚

  电源技术. 2026, 50(6): 1163-1166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.019

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  通过以铬基金属氧化物材料复合V₂O₅形成新型复合体系锂原电池,实现锂原电池高功率、成组后高安全性的目标。将铬基金属氧化物材料与V₂O₅以7∶3的比例复合,并制备成软包装锂原电池,2 C放电初期最低电压可提升0.18 V,极大缓解了大倍率放电初期的电压滞后,在电池放电末期(<2 V),V₂O₅在低压段可形成平缓的放电平台,使单体电池形成低电压缓冲段,防止因容量不均而导致过放电,提升体系安全性。
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  氟化碳正极掺杂改性的第一性原理研究

  程哲, 周盈科, 田小慧

  电源技术. 2026, 50(6): 1167-1173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.020

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  氟化碳(CFₓ)是最具发展前景的高能量密度锂原电池正极材料之一,但其强共价C-F键导致宽带隙与低电子电导率,且离子扩散动力学缓慢,制约了电池的倍率性能。针对电导与传输瓶颈,通过元素掺杂策略调控CFₓ的电子结构与离子迁移路径,以提升其综合电化学性能。基于第一性原理计算,系统研究了B、N、P、S四种元素掺杂对CFₓ材料结构稳定性、电子性质及锂离子吸附与扩散的影响。总体上,2% N掺杂CFₓ同时具有较好的结构稳定性、适中的吸附强度与优异的离子扩散能力。这为进一步发展高倍率锂氟化碳(Li‑CFₓ)电池正极材料提供了一定的理论依据。
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  Cu掺杂Ce_0.9Gd_0.05Sm_0.05O_1.95的烧结与电化学性能研究

  张默雷, 孙耀宁, 孟阿聪, 魏宁, 陈思

  电源技术. 2026, 50(6): 1174-1184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.021

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  固体氧化物燃料电池(SOFC)向中低温运行方向的发展对其商业化至关重要。钐/钆共掺杂氧化铈(SGDC)因其高离子电导率而被认为是中低温SOFC的理想电解质材料之一,但其高温烧结的特性限制了其实际应用。针对这一问题,采用溶胶-凝胶法合成了Ce_0.9-xGd_0.05Sm_0.05Cu_xO_1.95(x=0~0.02)电解质,并研究了Cu掺杂对烧结行为和电化学性能的影响。结果表明,1%(摩尔分数)的Cu掺杂有效地将SGDC的致密化烧结温度降低到1 050 ℃,相对密度达到95%以上。Ce_0.89Gd_0.05Sm_0.05Cu_0.01O_1.95样品在600 ℃时表现出0.024 3 S/cm的高总离子电导率和最低的活化能,与未掺杂的SGDC相比,性能提高了约38%。这些结果表明,铜掺杂是增强低温制备的SGDC电解质的有效烧结助剂。
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  单玻TOPCon组件的耐湿热性能研究

  吴韦, 张衍, 吕琳, 付呈刚, 邓鑫, 王婧婧, 洪玉丹, 安超

  电源技术. 2026, 50(6): 1185-1191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2026.06.022

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  隧穿氧化物钝化接触(TOPCon)太阳电池组件暴露于水蒸气和酸性环境中时,容易通过腐蚀而退化。系统分析了背板、封装胶膜和金属浆料对单玻组件的耐湿热(DH)性能的影响。将这些因素对单玻组件的DH耐久性的相对影响排列如下：电池片浆料>背板>封装胶膜。值得注意的是,具有超低水汽透过率的铝复合背板的单玻组件表现出与双玻组件相当的DH耐久性。封装胶膜中较低的酸浓度与低腐蚀性相关,双面耐醋酸胶膜封装能有效抑制醋酸-水分协同腐蚀,从而提高DH耐久性。显微和元素分析表明,与富含铅/硼的配方相比,电池片浆料中铋、钡、锌和铪等金属改性剂的富集显著提高了界面稳定性。此外,组件级湿热测试进一步证实优化低铝银浆的卓越可靠性。研究结果表明采用高阻水背板、耐酸性太阳电池和酸浓度较低的封装胶膜对单玻TOPCon组件耐湿热性能具有关键影响,并强调优化电池片浆料对实现持久金属化层与组件可靠性至关重要。