基于过程解耦和工质物性的有机朗肯循环性能分析

通过对有机朗肯循环工作过程的拆分解耦,利用工质物性中的临界温度、偏心因子结合循环参数推导其热力学性能表征式,进而建立循环的热力学模型,并借助该模型分析循环参数对循环热力学性能评价指标的影响规律。研究结果显示:当蒸发温度升高时,循环热效率会增大,但其净输出功和效率先增大,然后再降低;当冷凝温度升高时,循环的热效率、净输出功和效率都会下降;当过热度升高时,循环的净输出功和效率随过之降低,而循环的热效率随之增大。基于工质物性引入雅各布数,循环的净输出功和热效率随雅各布数的增大分别呈现出增大和减小的趋势,而临界温度越高热效率随之升高。

采用三明治弹性夹板金属锂电池模块的循环性能研究

由于金属锂二次电池的充放电过程必须由外界给予足够的压力,否则电池内部的负极金属锂材料就会在短短几周内粉末化,进而转变成死锂,造成容量快速衰减。常规采用弹性泡沫垫等作为缓冲材料,该措施大幅度增加了电池模块的重量且提供压强极小,组合比能量和循环性能大幅度不及预期。文章为了克服常规设计存在的问题,设计并研制了三明治结构弹性夹板的金属锂电池模块,该电池模块通过了31周次的0.2C充放电循环测试,循环性能在国内达到了领先水平。然而,刚性泡沫出现了明显的压缩的负面问题,因此在后续仍需持续研究改进,调节各组成部分的结构特性。

片层纤维V_(2)O_(5)·1.6H_(2)O干凝胶提升水系锌离子电池循环性能

水系锌离子电池凭借低成本和环境友好的特点具有极大的发展和应用前景.具有高比表面、分层、或快速离子导体结构的钒基材料是锌离子电池最具有前景的正极材料之一.如何改善钒基材料的长循环性能是亟待解决的问题之一.本文采用溶胶凝胶法并冷冻干燥成功制备了V_(2)O_(5)·1.6H_(2)O干凝胶,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对其物相和形貌进行了表征,发现制备的材料为V_(2)O_(5)·1.6H_(2)O,结晶相良好,且成片状纤维大孔结构.电化学测试表明,在0.1 A·g^(–1)电流密度下,首次放电比容量为388.4 mA·h·g^(–1),循环1000次后容量仍保持为129.7 mA·h·g^(–1),具有良好的长循环稳定性.在0.1、0.2、0.5、1、2和3 A·g^(-1)电流密度下,纤维状V2O5干凝胶表现出良好的倍率性能,放电比容量分别为388.4、338.5、282.9、239.1、194.4和165.9 mA·h·g^(–1),远高于商业化V2O5 (279.5、251.0、205.5、174.5、144.6和125.1 mA·h·g^(–1)).良好的电化学性能主要归功于结合水的支撑作用增大了层间距,在循环过程中材料具有良好的结构稳定性,避免了放电容量衰减;同时纤维片状结构缩短了锌离子的迁移路径.对充放电机理研究发现,在锌离子的嵌入脱出过程中伴随有碱式硫酸锌的生成与消失,且该过程可逆.

Al-Y-Zr原位共掺杂提高4.53 V钴酸锂正极材料的循环性能

钴酸锂是一种成功实现商业化的锂离子电池正极材料,但其实际的容量远低于其理论容量(274 mAh/g)。提高钴酸锂的充电截止电压能够有效提高其放电容量,但钴酸锂在高压条件下结构不稳定性,导致其循环寿命明显降低。本工作提出一种Al-Y-Zr原位共掺杂的策略,以提高钴酸锂在4.53 V的循环性能。通过将Al-Y-Zr掺杂的Co_(3)O_(4)、Li_(2)CO_(3)、MgO按一定化学计量比称取并混合均匀后,采用高温固相法合成LiCo(1-a-b-c-d)AlaZrbYcMgdO2正极材料,并探究了原位共掺杂对高电压钴酸锂循环性能的影响。X射线衍射(XRD)表明掺杂前后晶体均为六方相层状结构,扫描电镜(SEM)说明了掺杂元素对晶体颗粒粒径的调控作用。循环前后的电化学阻抗谱(EIS)表明,Al-Y和Al-Y-Zr共掺杂能有效抑制循环过程中电荷转移阻抗(Rct)的增长。扣式电池及软包电池测试结果都表明Al-Y和Al-Y-Zr前驱体共掺杂能够显著提升循环性能,后者提升更明显。本研究有助于推动高电压钴酸锂正极的应用,为高比能量锂离子电池技术的研发提供实验依据。

进气湿度对氢气循环泵循环性能影响实验研究

氢气循环泵是氢燃料电池系统的关键零部件之一,其循环性能受到多种因素的影响。本文通过实验手段,对旋涡式氢气循环泵进行了实验测试,分析了进气湿度对旋涡泵循环流量、压升和功耗等特性的影响。研究发现,氢气循环泵的功耗与压升成正相关。相同压升下湿气体工况的氢泵功耗略大于干气体工况的氢泵功耗,最大差值不超过40W。相同氢气流量下,进气湿度较高时氢气能获得更大的压升,氢气循环泵功耗相比干气体工况下更大。干气体工况条件下氢气循环泵循环流量随压升变化的斜率较大:压升较低时,干气体循环流量大于湿气体循环流量,压升较高时,干气体循环流量小于湿气体循环流量。

Mg掺杂提升钠离子电池正极材料高电压循环性能

钠离子电池层状氧化物正极材料具有高容量、易合成等优势,表现出巨大的应用潜力.为了开发出高容量、长循环的正极材料,本文提出对NaNi_(0.4)Cu_(0.1)Mn_(0.4)T_(i0.1)O_(2)(NCMT)用Mg^(2+)部分取代Ni^(2+)的改性策略,设计并合成了高容量、长循环的NaNi_(0.35)Mg_(0.05)Cu_(0.1)Mn_(0.4)Ti_(0.1)O_(2)(NCMT-Mg)正极材料.该材料在2.4—4.3 V电压范围内,显示165 mAh·g^(-1)的高可逆比容量.在0.1 C的倍率下循环350周后,仍有111 mAh·g^(-1)的可逆比容量,容量保持率为67.3%,相较于未掺杂的原始样品提升了约13%.本文对其进行了系统表征并揭示了其高电压循环稳定的机理,为开发出高性能钠离子正极材料提供了重要参考.

预留空间对三元锂离子电池循环性能的影响

利用回形硅胶框的压缩性能,为三元锂电池提供成组预紧力与循环所需膨胀空间。基于电池全生命周期内理论膨胀空间,研究了不同预留空间下电池的循环性能。采用两种不同的充电策略,在0.40~1.00的预留空间满足率区间内进行实验。实验研究发现,预留空间越大,电池循环寿命越长;为了保证电池循环中的功率性能,2 C充电策略下空间满足率应在0.85左右,1.2 C的空间满足率应在0.75左右。

碳包覆对磷酸铁锂高温循环性能的影响机理

制备了碳包覆完整和不完整的2种磷酸铁锂,用以研究碳包覆对使用广泛的磷酸铁锂/石墨电池体系高温循环性能的影响机理。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、粉末电阻率和扣式电池等测试表明2种物料的晶体结构、颗粒尺寸、克容量等性能相近,仅碳包覆完整度差异大。将2种物料组装成磷酸铁锂/石墨软包电芯并在60℃高温下进行1C充放电循环测试,结果表明完整的碳包覆可使其在1250次循环后的容量保持率由80.4%提升至84.9%。在此基础上,我们成功定量极化容量和热力学容量的改善幅度,可知二者占比分别为76%和24%,这说明碳包覆的主要影响机制是为磷酸铁锂正极提供完整的导电网络,进而降低极化损失。铁溶出测试结果表明,碳包覆的直接抑制作用并不明显,其主要作用可能是通过降低电芯中的水含量从而间接抑制铁溶出,并减少部分热力学容量损失。

球磨法制备Si@Cu复合材料相演变及循环性能研究

为缓解硅基负极的体积效应以改善其循环性能,采用球磨法制备了具有包覆形貌的铜硅复合粉末作为电极材料。结果表明:增加铜组分的比例和铜粉的粒度有利于形成包覆结构和Cu-Si合金,5种不同粒度的磨球混合球磨时磨球和粉末温度最高。将不同球磨时间样品的X射线衍射(XRD)谱图进行定量分析,1h就有少量的Cu_(3)Si和Cu_(15)Si_(4)生成,球磨时间增加,Cu_(3)Si和Cu_(15)Si_(4)含量不断增多,Cu和Si单质相应减少,球磨8h后,各相含量变化不大,趋于稳定。电化学性能测试表明,相比纯Si电极,Cu_(100-x)Si_(x)电极具有优良的循环性能,但随着铜含量的增加,反应动力学减慢。

压力不均对软包电池电芯循环性能的影响

软包电池对循环性能具有较高要求,一旦出现性能较差的情况,将会造成额外的消耗,不利于电池性能的把控。基于此,从失效原理、影响参数、性能测试等方面分析压力不均对软包电池电芯循环性能的影响进行分析,保证性能测试能够发挥作用,提高电池工作性能的稳定性,使软包电池处于稳定运行状态。

锂离子电池在外部压力作用下的循环性能测试及分析

对于新能源汽车来说,续航里程一直是大众关注的重点,与续航里程直接相关的零部件就是电池。锂离子电池是现在车用电池的主流,电池的电性能直接影响着汽车的续航里程。电池受到持续的外部压力作用,循环性能将产生变化。本文将取两组电池进行测试,对比电池在外部压力作用下和自然状态下的循环充放电容量保持率,从而为相应电池产品的性能设计提出优化建议。

测试夹板对锂离子电池循环性能的影响

为分析测试夹板对锂离子电池循环性能的影响,以LP2714897-50Ah NCM三元/石墨方型铝壳电池为研究对象,采用不同夹板进行充放电循环测试。并将循环EOL的电池进行解剖,通过SEM、ICP、XRD等分析手段从形貌、元素、结构等角度分析了采用普通铝制夹板导致循环衰减快的原因,是由于采用普通铝制夹板,无法缓冲电池由于循环产气带来的膨胀力,导致电池受力不均匀,中间受力较大,颗粒破碎,最终导致循环衰减加速。而采用弹簧夹板,电池循环过程中受力均一,循环性能得到显著提高。

恒功率充放电条件下锂离子电容器的循环性能

本文探究了恒功率充放电条件下锂离子电容器的循环性能,为有效评估其在恒功率充放电条件下的循环性能及健康状态,以恒功率为前提,开展了循环次数(1~200次)、充电时间(1~3 h)、工作温度(5~45℃)下锂离子电容器循环性能的测试,以研究3种因素对锂离子电容器循环性能的相关影响,为锂离子在不同条件下开展锂离子电容器加速老化寿命测试提供一定参考。

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的循环性能

采用共沉淀法可以制备出首次放电容量高达210mA·h／g的LiNi0．5Mn0.5O2材料（2．8～4．5V，电流密度30mA／g），但材料循环性能受制备过程中的处理工艺影响很大，处理不严格将导致材料循环性能严重下降。围绕材料的循环性问题，对其机理进行了分析并在此基础上对制备工艺进行了进一步改善：分别从配锂方式，烧结过程中的升降温速率以及烧结的保温制度进行了系统研究。结果表明：采用改进配锂方式，缓慢升温速率（2℃／min），高低温结合的烧结制度和快速风冷工艺所制备的材料首次放电容量达到188mA·h／g，30个循环后仍保持在174mA·h／g，循环效率有了明显的提高。

沥青混合料抗冻融循环性能的试验研究

通过对不同级配混合料做冻融循环试验 ,用无破损的方法测定了试件的强度与冻融循环次数的关系 ,分析了空隙率、级配等对沥青混合料冻融循环稳定性的影响 。

电解液添加剂对锂离子蓄电池循环性能的影响

为了改善锂离子蓄电池的循环性能 ,在EC/DEC/1.0mol/LLiClO4 电解液体系中加入微量添加剂苯甲醚。以Li金属和改性石墨为电极材料 ,循环性能测试结果表明 ,苯甲醚的加入 ,使电池的可逆比容量和充放电效率均得到提高 ,且可逆比容量的衰减速度减慢。用FTIR对首次离子嵌入过程结束后的石墨电极表面SEI(SolidElectrolyteInterface)进行组成分析 ,发现加入苯甲醚后 ,电极表面SEI中的RCO3Li含量明显减少 ,但Li2 CO3 基本不变 ,并发现有新的产物CH3OLi生成。根据以上分析结果 ,提出了苯甲醚对锂离子电池循环性能的影响机理 :在Li+嵌入石墨电极的初次过程中 ,苯甲醚和EC、DEC的还原分解产物RCO3Li发生基团交换反应 ,生成CH3OLi ,该产物能有效提高石墨电极表面SEI的稳定性 ,减少锂离子嵌入石墨过程中引起的溶剂分子共嵌入 ,从而改善电池的循环性能。

锂离子蓄电池正极材料LiMn_2O_4——包覆LiCoO_2对LiMn_2O_4循环性能的影响

将LiMn2O4置于LiAc和CoAc2的混合溶液中,缓慢蒸干溶液,煅烧后获得了包覆LiCoO2的LiMn2O4材料。通过电化学测试研究了钴的包覆量、煅烧温度、煅烧时间对包覆LiCoO2的LiMn2O4材料循环性能的影响,并比较了包覆Li CoO2前后,LiMn2O4材料分别在常温和高温环境下循环性能的差异。实验结果表明,在LiMn2O4的表面包覆LiCoO2,可以使LiMn2O4在常温和高温环境下获得良好的循环性能。

Al离子掺杂正极材料LiMn_2O_4的高温循环性能

采用固相反应法分别合成正极材料LiMn_2O_4和LiAl_xMn_(2-x)O_4(x=0.05,0.1,0.3)。对它们进行XRD和SEM测试,并对比了高温下的循环性能。结果显示:除Al掺杂量x=0.3时,合成物出现了LiAlO_2杂质相外,其余皆具有单一的尖晶石相结构。掺杂后的晶体颗粒比较圆润。LiMn_2O_4在高温下经过20次循环后,其比容量降低29%,衰减很快。造成衰减的主要原因是Mn^(3+)歧化反应生成的Mn^(2+)在电解液中的溶解,以及Jahn-Teller效应。通过阳离子Al^(3+)的掺杂,有效的提高了尖晶石LiMn_2O_4的高温循环性能。

放电倍率对锂离子蓄电池循环性能的影响

通过对常温不同放电倍率的18650型锂离子蓄电池循环性能的测试表明,2C高倍率循环的锂离子蓄电池,300次容量衰减率为18.8%,而1C和0.5C放电倍率循环的电池容量衰减率分别为14.2%和10.5%。高倍率循环的Li-CoO2/石墨系锂离子蓄电池容量衰减严重。X射线衍射法(XRD)、透射电子显微镜法(TEM)、扫描电子显微镜法(SEM)分析表明,循环后的正极材料结构有明显的改变,负极表面膜增厚,导致Li+数量的减少及扩散通道阻塞,是引起锂离子蓄电池容量衰减的基本原因。

LiMn_2O_4正极循环性能的改善

用溶胶 -凝胶法对LiMn2 O4尖晶石进行表面修饰 ,对修饰后的尖晶石晶粒结构和性能进行了研究。结果表明该法可有效降低尖晶石中Mn在电解质中的溶解 ,对抑制Jahn -Teller效应有一定作用 ,提高了正极材料的高温循环性能。