2023年中国储能技术研究进展

本文对2023年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析,在综合分析的基础上,总结得出了中国储能技术领域的主要进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、储能新技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明,2023年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展,保持了全球基础研究、技术研发和集成示范最为活跃的国家地位,中国在储能领域发表SCI论文数、申请专利数、装机规模继续保持世界第一。展望2024年,中国储能技术有望继续高速发展,同时总体上需要向高质量发展转变。

装备试验鉴定计量保障方案研究

本文在分析装备试验鉴定计量保障方案的研究目的、基本内涵和建设思路的基础上,提出该方案的总体规划和实施步骤,从而满足试验任务全过程的计量监督管理和试验设备设施量值的溯源要求,确保试验鉴定过程计量单位统一和量值准确可靠,有效发挥军事计量建设对提高装备试验鉴定质量和可靠性的重要作用。

高功率化学电源体系发展及军事应用分析

在全面电动化的背景下,各类电子产品应用的时空域快速转变对所配备的电池供电能力提出了更为苛刻的工况和环境适应要求,亟待发展充电时间短、小体积大电流输出的电源系统。本综述对近年来受到广泛关注的高功率化学电源体系在大倍率充放电领域的进展进行了梳理,包括锂离子电池、钠离子电池、赝电容电容器、离子型电容器(锂/钠/钾离子等)、铅炭电池等,分别从电极材料、电解质调控和电池结构等角度出发,重点分析了当前影响各电源体系在其功率性能方面的发展瓶颈、能力水平以及亟待突破的关键技术,并对其在低温启动、动力供电和脉冲响应等军事应用领域及所增益效能进行了分析研究。综合分析表明,针对不同的应用场景,为进一步遴选性能更好、更匹配的化学电源体系服务于装备的迭代升级和应用创新,通过构筑高稳定性和导电性的电极材料,宽温域、高电导率的电解质材料和改良电池结构从而减小内阻的途径,显著提升功率性能,并明确提出高功率电池存在最佳工作区间和最优工作策略的问题,尤其是在大电流充放电和脉冲工况下,这对于后续如何根据实际工况用好电池具有借鉴意义。有望在提升各化学电源体系的功率性能的同时,以最佳的系统管控方法和应用策略进一步提升电池的循环寿命、能量转换效率、安全性和可靠性,获得满足市场所需和军民急用的高功率电源产品。

TNT和温压炸药浅埋爆炸效应差异性研究

为研究TNT和温压炸药浅埋爆炸效应的差异性,文章开展了浅埋爆炸试验,系统分析了TNT和温压炸药在爆坑形貌和地表空气冲击波波形等方面的差异。结果表明:相同工况的浅埋爆炸,温压炸药产生的爆坑直径、深度以及体积都大于TNT,装药埋深为0.1 m和0.3 m时,温压炸药产生的爆坑体积分别是TNT的1.2倍和2.3倍。通过对测得的冲击波参数进行比较,分析得出:当埋深为0.1 m和0.3 m时,比例距离为1的测点处温压炸药产生的冲击波峰值压力分别是TNT的2.16倍和1.41倍;在研究范围内,比例距离和埋深变化对不同类型装药的冲击波冲量衰减量影响很小,但对衰减率有较大影响,当埋深从0.1 m增加为0.3 m时,2种类型装药的冲量衰减率都增加了近1倍。

装液战斗部液体分散的数值仿真与试验研究

通过建立典型战斗部结构在不同驱动压力、不同动力黏度液体工况下的液体分散流体动力学仿真模型,对战斗部壳体的受力情况进行计算分析,仿真计算结果与试验测试数据对比可知,计算模型可为该装液战斗部壳体的受力规律分析提供支撑。建立了战斗部壳体内部压力测试系统,获得壳体内部轴向的不同部位的压力时程曲线和压力峰值,得出战斗部壳体内部由于压力波的叠加导致战斗部内部壳壁的峰值均高于驱动压力值,位于喷射孔近区的战斗部壳体承受压力值最大,随着与喷射孔距离的增加,压力峰值随之下降;火药产生的驱动压力和液体动力黏度与战斗部壳体的压力值均正相关。

Zr浓度梯度掺杂改性NCM811高镍三元正极材料的研究

高镍三元电极材料是高比能量锂离子电池最具应用前景的正极材料,但随着镍含量增大,其结构稳定性变差。为此,本文制备了Zr浓度梯度掺杂改性的NCM811(Zr-PCG)高镍三元正极材料,探究了Zr掺杂量对材料结构、形貌、元素分布、电化学性能的影响及其机制,以改善其结构稳定性和循环性能。结果表明,Zr掺杂由内向外呈渐进式梯度设计,高结合能的Zr—O键可有效抑制游离氧的析出,掺杂量为1%的1.0 Zr-PCG电极材料晶体结构稳定性最优,同时Zr掺杂也显著提高了电极的热稳定性。1.0 Zr-PCG电极在1C下的初始放电比容量达到193.1 mAh/g,循环200次后,容量保持率为近90%,明显高于未掺杂NCM811电极的容量保持率(82.4%);充放电倍率增至10C,1.0 Zr-PCG电极仍可放出152.7 mAh/g的容量,表现出优异的倍率性能。

包覆式复合侵彻体的数值模拟研究

为增强聚能装药对目标的后效毁伤效应,设计了一种包覆式复合侵彻体装药结构,在爆轰波的驱动下,紫铜药型罩后翻包覆活性材料,穿透目标后,活性材料释能对目标内部实施纵火后效毁伤。运用LS-DYNA有限元软件对包覆式复合侵彻体的成型及侵彻靶板过程进行模拟,分析了活性罩直径、外曲率半径和罩顶厚度比对包覆式复合侵彻体成型的影响。结果表明:将活性材料嵌入紫铜药型罩内侧,在炸药驱动下可以实现对活性材料的包覆;当活性罩直径取值为0.86 D(D为装药直径)时,外曲率半径取值为1.15D,壁厚比取值为2/3时,复合侵彻体包覆效果较好;包覆式复合侵彻体能穿透30 mm厚45#钢靶,并能对后效靶造成毁伤。

基于机器学习方法的锂电池剩余寿命预测研究进展

随着技术的不断进步和成本的逐步降低,锂电池在电动汽车、储能系统、便携式电子设备等多个领域实现了广泛应用,有效促进了清洁能源的普及和能源结构的优化。掌握锂电池衰变和剩余使用寿命(RUL)对于确保设备稳定运行、提高能源利用效率以及保障用户安全至关重要。通过优化电池设计和使用策略,可以延长锂电池的使用寿命,降低更换成本,进一步推动锂电池的规模化应用。锂电池的性能衰变是一个涉及多尺度化学、电化学反应的复杂过程,涉及其内部从材料、界面到多孔电极、器件等诸多因素影响。各种机器学习(ML)的方法正是建模处理复杂数据、寻找规律、反馈应用的重要手段。本文针对锂电池RUL建模研究的科学问题,综述了ML算法在预测电池RUL领域的最新进展,重点介绍数据驱动的电池管理、预测建模以及利用ML方法来提高电池性能和寿命方面的突破。最后,对当前领域内面临的关键问题进行了归纳总结,以期提供一个基于ML算法的电池RUL预测技术的全面视角,并展望其未来的发展趋势。

化学电源内阻测量及状态监测策略分析研究

内阻是表征电池寿命以及电池运行状态的重要参数之一,是衡量电子和离子在电极内迁移或扩散难易程度的主要标志,其测量时的准确度易受到测量温度和压力等环境变量的影响,准确检测化学电源内阻对提高电池管理的精度具有指导意义。面对当前内阻测量变量多、误差大和应用单一等问题,本文梳理分析了近年来混合脉冲功率特性法、直流内阻测试法、交流注入法、直流放电法和电化学阻抗谱法这五种典型锂离子电池内阻测量方法的相关研究工作,重点介绍了内阻受内外环境的具体影响,创新性地引入了内阻和电池寿命、电池状态以及电池安全预警之间的关系,为提高化学电源性能评估的准确性、预测化学电源寿命和优化化学电源使用提供了解决方案,最后对内阻的测量方法和机器学习模型的改进策略进行了研判和讨论,提出了内阻测量需要达到测试时间短、测试一致性好和精度高的量化评价指标,有望持续丰富内阻测量方法及其应用,从而进一步推动化学电源内阻的精准测量以及对电池模组的状态监控与分析,为提高各类化学电源内阻的测量精确度提供新的思路和方法借鉴。

碳气凝胶的制备技术及其应用研究进展

碳气凝胶由无定型的碳纳米颗粒相互交联构成骨架结构,具有多层级孔道、高内部反应表面积和通向内表面的直接传输路径,因而具有优异的物理化学性质,在隔热、电化学储能、吸附、催化等多个领域极具应用前景。本文综述了溶胶-凝胶法、模板法、3D打印法等碳气凝胶制备技术,总结了碳气凝胶在储能、隔热、吸附、催化、电磁屏蔽等领域的应用进展,可为碳气凝胶材料的设计合成与应用研究提供参考。

聚合物基全固态锂金属软包电池的设计与性能研究

全固态锂金属电池因其卓越的能量密度和安全性,有望成为下一代高能高安全电池技术首选。然而,由于技术难度大,全固态锂金属电池技术仍停留在电容量低、正极负载量低的微型扣式电池水平。本研究通过突破高温鞣制全固态聚合物电解质膜技术,实现了聚合物基全固态锂金属软包电池(700 mAh,3.7 V,三元层状氧化物正极|聚环氧乙烷基全固态聚合物电解质|金属锂负极)自主小批量制备,并对其进行了系统的性能测试和失效分析。利用X射线断层扫描、离子抛光-扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、气相色谱等表征技术,研究了聚合物基全固态锂金属软包电池中的机械-电化学耦合失效机制;利用绝热加速量热仪测试了电池的热失控过程,表明该电池具有显著的热安全优势。基于以上测试分析结果,本文为全固态锂金属电池提出了未来发展建议,为其性能进一步提升和应用提供了参考和指导。

氧化石墨烯-多壁碳纳米管-漆酚甲醛聚合物制备及性能研究

本研究通过两步法制备了改性氧化石墨烯-多壁碳纳米管-漆酚甲醛聚合物(GOMWCNT/UFP)复合涂料。采用辊涂法将复合涂料应用于金属基材表面,进行结构性能表征,考察复合涂层的物理机械性能和耐电化学腐蚀性能。与纯漆酚缩甲醛(UFP)和MWCNT/UFP相比,GO-MWCNT/UFP复合涂层的物理力学性能(附着力和硬度)和抗电化学腐蚀性均得到明显改善。GO-MWCNT/UFP复合涂层的附着力等级和硬度分别达到1级和6H,腐蚀效率低至1.62×10^(−5),防腐效率高达99.70%。研究结果表明,GO(氧化石墨烯)通过共价键合与MWCNT结合,均匀分散于UFP中,明显提高了UFP涂层的物理力学性能和防腐蚀性。

电阻式柔性触觉传感器的研究进展

电阻式柔性触觉传感器具有柔韧灵敏、简单可靠、检测范围广、易于集成化等特点,在触觉感知、人机交互、医疗健康等传感应用领域占据着极其重要的地位,具有广阔的应用前景。随着电阻式柔性触觉传感器的发展,其制备技术和结构设计愈加精密成熟,3D打印技术的应用以及各类微结构的设计使传感器柔韧性和灵敏性得到了极大的提高。然而,目前高性能电阻式柔性触觉传感器的制作工艺仍旧十分复杂,严重限制了其批量生产的能力。再加上电阻式柔性触觉传感器不能实现剪裁拼接、高效低耗等功能,因而无法满足人们对其大面积覆盖和高密度触觉感知的期望。此外,就性能而言,电阻式柔性触觉传感器也难以实现高柔与高敏的兼顾效果,在传感上仍有局限性。为了解决这些难点,众多国际学者在柔性衬底材料、导电敏感材料的选择,以及敏感单元、阵列结构的设计上进行了大量的研究,搭建电子皮肤触觉感知系统。如今,电阻式柔性触觉传感器已经朝着微型化、集成化、自愈合、自清洁、生物适应、生物降解、神经接口控制等方向发展,并在多功能传感上取得了卓越成果。本文首先介绍了电阻式柔性触觉传感器的检测原理和性能指标,然后从材料选择、结构设计和性能优化方面概述了电阻式柔性触觉传感器的研究现状和关键技术,讨论了其在触觉感知、人机交互、医疗健康等领域的相关应用,最后指出了目前电阻式柔性触觉传感器研究所存在的技术难题,并对其未来发展进行了展望。

喷火油料表观粘度特性及凝油机理研究

为探究喷火油料凝胶形成的基本机制,基于精制直馏油分、二异辛酸铝及二甲酚的复配体系,测试了不同凝油剂配比条件下油料凝胶的表观粘度特性,通过原子力显微镜(AFM)对喷火油料凝胶的微观形貌进行表征,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究了油料凝胶的分子作用机制。研究结果表明:二异辛酸铅含量越高,凝胶的表观粘度也越高,较初始表观粘度的下降值减小;二异辛酸铝分子在非极性溶剂体系中通过氢键形成致密的网状结构,使得非极性溶剂分子的运动被限制,进而形成油料凝胶。

高镍正极材料的稳定改性方法研究综述

高镍正极材料拥有容量高、稳定性好、成本较低以及环境友好等优点,是未来开发高比容量锂离子电池的关键正极材料之一。同时,为获得更高可逆容量以进一步提升电池的比容量,增加材料本体中的Ni元素含量是常用、也被广泛认可的技术手段。不过,随着材料中镍的提升,也带来了诸多问题,诸如阳离子混排程度上升,表-界面副反应活性增多,热稳定性下降,晶体容易出现裂纹并迅速蔓延扩散,以及在空气中容易生成残余锂化合物等。在这些负面诱因的共同作用下,高镍正极材料面临着使用环境要求较高、循环过程中易发生结构破坏以及造成的安全性等问题,阻碍了其进一步推广应用。基于上述考虑,本文梳理了近些年用于稳定高镍正极材料的改性方法,综合分析了各方法的特性及研究现状,经分析认为,后续在锂离子电池高镍正极研发改性的过程中,应从原有改性策略出发,进行更小尺度、更精细化地结构优化,针对电芯的不同应用场景进行材料微观结构的定制化改性,全面实现高镍正极材料的各项性能提升。

装药埋深对地表空气冲击波影响的试验研究

为研究土壤中装药埋深对地表空气冲击波传播规律的影响,开展了5kg TNT的触地爆炸试验以及埋深分别为0.108、0.228、0.85m的爆炸试验,获得了多个比例距离处的冲击波峰值压力、冲量以及正压作用时间数据,分析了埋深对冲击波传播特性的影响。结果表明,冲击波峰值压力和冲量随着埋深的增加而减小,随着爆距的增大而减小;触地爆炸比例距离为4的测点处其峰值压力是比例距离为1处的3.24%,埋深为0.108m的爆炸试验比例距离为4处的测点其峰值压力是比例距离为1处的25.02%;埋深为0.108m时,比例距离为1处的峰值压力和冲量分别是触地爆炸对应值的8.7%和20.4%;并对两种工况的正压作用时间进行了分析,触地爆炸的正压作用时间随爆心距增加呈指数增加,埋深为0.85m的爆炸试验其正压作用时间呈对数增加。通过对试验数据的进一步分析,建立了冲击波峰值压力、冲量与埋深、比例距离的工程计算模型,可用于浅埋爆炸时弹药威力评价与毁伤效能预估。

浅埋爆炸空气冲击波峰值压力计算方法研究

为研究装药比例埋深和比例距离对浅埋爆炸空气冲击波峰值压力的影响,测试了3种比例埋深工况下,7种比例距离处浅埋爆炸空气冲击波的峰值压力,结合量纲分析对试验数据进行拟合,得到了浅埋爆炸空气冲击波峰值压力的经验公式。结果表明:空气冲击波峰值压力随着比例埋深和比例距离的增加而减小;随着比例距离增加,比例埋深对空气冲击波峰值压力的影响减弱;空气冲击波峰值压力ΔPD与装药量Q、爆心距R和埋深L有关,其经验公式为:■。

金属有机骨架材料对单组分CO_(2)吸附的研究进展

重点综述了近五年来MOFs材料在单组分CO_(2)吸附领域的最新研究进展,详细地介绍了近几年来被深入研究几种MOFs材料,主要按照国内外常用的IRMOFs、MILs、UiOs、ZIFs、其它系列等MOFs材料进行分类,从掺杂金属或氮原子、调节孔径、氨基功能化以及合成MOFs复合材料等方面,对其CO_(2)吸附性能和吸附机理进行了分析,展望了MOFs材料未来的发展方向,对MOFs提供了系统性理解,以期为MOFs材料应用到工程实践提供一定参考。

轻质磁性炭气凝胶的制备及电磁吸波性能研究

目的提高炭气凝胶材料电磁吸波性能。方法以氢氧化钠或氨水为共沉淀剂制备不同尺寸的Fe_(3)O_(4)颗粒,并加入间苯二酚-甲醛溶液的预聚物中,充分搅拌后快速凝胶,经老化、超临界干燥、碳化等工艺制备Fe_(3)O_(4)/炭气凝胶复合材料。利用SEM、TEM、激光粒度分析仪、比表面及微孔分析仪、振动样品磁强计对Fe_(3)O_(4)及复合材料的微观结构和静磁性能进行表征,并对复合材料的吸波性能进行分析。结果Fe_(3)O_(4)/炭气凝胶复合材料具有丰富的三维网络结构,Fe_(3)O_(4)颗粒在炭气凝胶中呈离散性分布。Fe_(3)O_(4)颗粒粒径越小,Fe_(3)O_(4)/CA的饱和磁化强度越大,75 nm-Fe_(3)O_(4)/CA的饱和磁化强度最大,达到29.26 emu·g^(-1);当Fe_(3)O_(4)粒径为75 nm时,复合材料在厚度为2.1 mm时的最小反射损耗值可达-52.43 dB;当Fe_(3)O_(4)粒径为120 nm时,复合材料在厚度为2.5 mm时的有效吸收带宽高达6.98 GHz。结论Fe_(3)O_(4)纳米颗粒粒径对复合材料介电损耗能力和阻抗匹配有显著影响,进而影响复合材料的吸波性能。大粒径的Fe_(3)O_(4)颗粒会破坏炭气凝胶的三维导电网络结构,从而降低复合材料的介电损耗能力。小粒径的Fe_(3)O_(4)颗粒可有效改善复合材料的阻抗匹配性能。

低温条件下磷酸铁锂-石墨体系锂离子电池阻抗研究

锂离子电池因为其高功率密度、高能量密度、长循环寿命等优势,在军、民领域均有广泛应用。然而锂离子电池在低温环境下性能会发生极大衰减,这阻碍了其在极端环境如极地、高原、太空等领域中的应用。本工作以常见的磷酸铁锂-人造石墨体系锂离子电池为研究对象,采用软包三电极装置,研究了不同温度下(-20~25℃)电池的放电性能,结合电化学阻抗谱,分别独立研究电池正极和负极在低温条件下的放电行为和阻抗特征,分析了制约电池低温性能的主要限制因素,为进一步改善电池的低温性能提供了依据和途径。研究表明,负极的电荷转移阻抗是电池阻抗的主要来源,其电极极化是造成电池极化的主要原因,是电池性能的主要限制因素,但是随着温度的降低,正极极化对电池极化的贡献增加,当温度降低到-10℃以下时,正极成为电池低温性能的主要限制因素。