《电源技术》“锂金属电池”专刊征稿通知

专题简介锂金属电池是直接利用金属锂作为负极,可与其相搭配的正极材料可以是氧气、单质硫、金属氧化物、嵌锂化物等,金属锂被认为是“圣杯”负极。锂金属二次电池(LMBs)具有极高的能量密度,有望在诸多领域取代当前锂离子二次电池,是最有前途的下一代可充电电池,能够满足新兴行业的严格要求。

《电源技术》“锂金属电池”专刊征稿通知

专题简介锂金属电池是直接利用金属锂作为负极,可与其相搭配的正极材料可以是氧气、单质硫、金属氧化物、嵌锂化物等,金属锂被认为是“圣杯”负极。锂金属二次电池(LMBs)具有极高的能量密度,有望在诸多领域取代当前锂离子二次电池,是最有前途的下一代可充电电池,能够满足新兴行业的严格要求。鉴于此,《电源技术》杂志定于2024年8月20日出版“锂金属电池”专刊,专刊特邀执行主编为广东工业大学刘全兵教授、中国电子科技集团公司第十八研究所王九洲教授,特向从事相关领域研究的杰出科学家、学者征稿,综述或研究论文均可。

空间同位素热光伏转换技术研究现状

针对我国月球探测等深空任务在极端环境下对高效率、长寿命核电源发电技术的需求,基于热光伏转换技术效率高、静态工作稳定性好等技术特点,重点介绍了与通用标准热源GPHS相匹配的空间同位素热光伏式发电系统技术研究工作。结合未来可能的应用前景,调研了国际国内同位素热光伏发电领域的研究现状和最新进展,阐述了国内空间同位素热光伏转换发电技术研究的技术水平,力争为我国月球科研站等任务核电源新型发电技术的发展提供有益的参考。

水中兵器锂原电池健康状态预测技术探究

锂原电池作为高效、清洁能源,在水中兵器装备中广泛应用,但是在长期贮存和使用过程中,暴露出了一些故障及安全隐患,因此对电池进行健康状态预测及对故障进行机理研究极为重要。针对锂原电池的故障及应用需求,梳理分析现有研究基础以及困难等,借鉴锂离子电池的成熟技术,探究性地对锂原电池故障模式、故障机理进行了分析,提出了状态预测技术的研究思路和方法,为水中兵器锂原电池健康状态预测技术体系的构建和研究提供了参考。

基于弛豫时间归一化参数的锂离子电池析锂量检测方法

析锂作为锂离子电池使用的主要安全隐患之一,不仅会造成电池的寿命极速衰减,还可能引发燃烧、爆炸等灾难性后果。随着近年来快充技术的发展,对于锂离子电池析锂情况的诊断需求愈发迫切。针对现有定量方法诊断精度严重受制于测试温度的问题,提出了一种基于弛豫时间归一化表征的改进电压释放法。从理论上分析了“析锂量与温度”因素组合对电池电压释放行为的影响规律。在此基础上,将释放阶段弛豫电压差分曲线峰值处所对应时间,与完全释放时间作比,得到“弛豫时间归一化参数”这一温度脱敏的析锂量诊断无量纲特征参数。分别利用多物理模型仿真与实验测试,验证了新方法诊断的准确性与温度适应性。

基于Buck-Boost的锂电池双层均衡方法研究

由于锂电池组的不一致性导致电池组使用寿命缩短和可用容量减少,为提高均衡速度,设计了一种基于Buck-Boost的分层均衡拓扑。以单体电池荷电状态(SOC)作为均衡变量,采用平均值比较法的均衡策略,将电池组分为两层来进行均衡。根据提出的均衡拓扑和相应的均衡策略,采用4节锂电池单体在MATLAB/Simulink实验平台做了双层均衡仿真实验,同时将其与传统均衡拓扑进行对比分析,经实验证明,所设计的均衡拓扑可以提高均衡速度和能量转移效率。

铬氧化物材料在锂电池中的应用与研究进展

铬氧化物既能够作为正极材料,也可作为负极材料应用于锂离子电池中。多电子反应的铬氧化物作为正极材料时具有较高的理论质量比容量和工作电压,其中Cr_(8)O_(21)和Cr_(2)O_(5)是当前研究中关注度最高的多电子反应的铬氧化物,也是非常有前景的锂电池正极材料。铬氧化物中能够用作锂电池负极材料的主要是Cr_(2)O_(3),它不仅有较大的理论比容量,又有较低的放电平台,成本也相对较低。介绍了Cr_(8)O_(21)和Cr_(2)O_(5)正极材料的最新研究成果,并介绍了放电机理、制备方法、改性手段及应用,同时,比较分析了不同制备工艺下制得的样品结晶度、形貌和电化学性能。负极方面介绍了Cr_(2)O_(3)的电化学特性及其在电池方面的应用,综述了一些改性方法以解决材料的导电性和循环性能问题,如包覆、掺杂、纳米结构化等,这些研究成果为未来锂离子电池负极材料的选择提供了新的研究方向。

基于混合储能荷电状态的光伏直流微网系统能量分配策略

针对混合储能系统在平抑光伏波动以及负荷投切时荷电状态(SOC)易越限问题,提出一种基于混合储能SOC的多模式协调控制策略。在传统低通滤波功率分配的基础上,提出一种基于超级电容荷电状态的动态功率修正策略,使超级电容出力后SOC向安全状态恢复;同时,为避免蓄电池频繁切换充放电状态,在其响应环节加入优化后的延时控制。此外,根据光伏出力情况、混合储能SOC,设计出满足直流微网系统动态平衡的六种运行模式,实时调节各储能单元出力情况。在MATLAB/Simulink中搭建了光伏直流微网混合储能系统仿真模型,仿真结果表明所提策略在各工况下均能稳定运行,有效延长了储能介质使用寿命。

反应性硬模板制备多孔氮掺杂碳的电化学性能

以葡萄糖(G)、尿素(U)、碱式碳酸盐和碳酸钾(PC)分别为碳前驱体、氮掺杂剂、反应性硬模板和活化剂,采用模板碳化-化学活化法合成了层级多孔氮掺杂碳材料。研究了各前驱体质量比、硬模板类型对其结构进而对其用作超级电容器电极性能的影响。结果表明:在800℃裂解温度下,G、U、碱式碳酸锌(BZC)和PC的质量比为2∶1∶2∶2时,制备的多孔氮掺杂碳(G/U-BZC-PC)呈现出珊瑚状、多级孔(微-介),具有大的比表面积(3000 m^(2)/g)、较高的石墨化程度以及低的电荷转移电阻;在1 A/g电流密度下,其扣式电池(6 mol/L KOH)的比电容为301.9 F/g,且具有较好的倍率性能,增大至10 A/g时,其电容保持率为89.4%;另外,在10000次充放电循环后,其电容保持率为98.1%。

基于集成聚类的退役锂电池直接分组

针对退役电池筛选分组效率低的问题,提出了一种基于加权表决集成聚类算法的退役锂离子电池直接分组方法。提取充电电压片段特征,对特征进行降维,并使用集成聚类算法直接对特征进行分组,实现退役锂离子电池分组。该方法只需要得到部分恒流充电曲线便可实现退役锂离子电池的按容量分组,提高了筛选效率。搭建了磷酸铁锂电池仿真和实验平台,对所提的电池筛选、分组策略进行仿真和实验分析。从退役电池分组容量精度和分组效率的角度验证了所提策略的正确性和有效性。

锂离子电池铝塑膜建模研究

为了准确建立软包锂离子电池有限元模型,进行了开裂准则适用性研究。开发了铝塑膜单向拉伸、等双向拉伸、杯突实验专用夹具并对铝塑膜进行相应测试,采用弹塑性有限元模型模拟相应的实验,并分别应用韧性断裂准则、剪切断裂准则、Mus chenborn-Sonne成形极限图(MSFLD)准则模拟铝塑膜的开裂行为。由模拟结果知:三个断裂准则都能较好地模拟单向拉伸和等双向拉伸实验中铝塑膜的开裂行为,而只有韧性断裂准则能够较好地模拟杯突实验中铝塑膜的开裂行为。该研究结果可为建立软包锂离子电池模型提供参考。

自适应免疫粒子群算法在光伏MPPT中的应用

光伏阵列在局部遮阴条件下,其P-U特性曲线呈多峰特性,传统的最大功率点跟踪(MPPT)算法容易陷入局部最优,而无法追踪到最大功率点。粒子群(PSO)算法适用于复杂多极值的寻优问题,因而在多峰值MPPT中得到广泛应用。针对粒子群算法寻优过程中易早熟收敛至局部最优、迭代后期收敛速度慢以及精度低等问题,提出了一种自适应免疫粒子群算法。该算法对惯性权重和学习因子进行自适应调整,并且与免疫算法相结合。仿真结果表明:该算法在静态局部遮阴以及动态局部遮阴条件下,均能追踪到最大功率点,并且收敛速度更快,精度更高,稳定性更好。

星表核反应堆能量转换系统方案的初步优选与性能分析

为解决星表基地能源供给问题,选用大功率、长寿命的空间核电站作为其供电设备,对核电系统中的关键模块-热电转换的方案进行探究。通过构建多类评价指标建立评价体系,利用层次分析法(AHP)确定了热电转换的基本模型-布雷顿循环系统,在此基础上进行结构改进,建立回热式、再压缩式、预压缩式、简单中间冷却式循环系统的数理模型,推导其效率表达式,并探究系统压缩比、反应堆出口温度、冷却器出口温度、回热度等工况参数在一定变化范围内对不同结构的循环系统效率的影响,综合考虑确定简单中间冷却式布雷顿循环系统为最终的热电转换方案,以上研究可为星表核反应堆电站设计提供相应的理论指导。

基于实时阻抗估计的析锂检测

提出一种基于动态电化学阻抗谱(DEIS)技术的锂离子电池阻抗分析的析锂检测方法。在充电电流上叠加正弦电流,实时检测电池低频阻抗虚部,当充电早期低频阻抗虚部出现谷值特征点,则表明在该条件下析锂已经发生。在多个温度和充电电流下检测了两类锂离子电池。通过电压弛豫曲线法验证了所提出的DEIS技术的有效性。实验结果表明,所提方法能够有效检测不同温度、倍率的三元锂和钴酸锂电池发生的析锂现象,可有效降低析锂发生率,支持新的快速充电方式开发以优化获得最优充电时间。

锂电池在机械滥用下的耦合仿真模型研究

随着新能源汽车保有量的增加,因锂电池故障而引起的起火、爆炸等问题引起了各界的密切关注。锂电池在机械滥用下的热失控行为复杂、实验成本高、可重复性低,难以为研究提供有效、完备的数据。因此,利用高置信度仿真模型研究和评估锂电池的安全性能是一种可行的途径。基于Ls-Dyna软件建立了锂电池机-电-热耦合仿真模型。结果表明,该模型能够准确预测电池在受到压痕时的机械响应和电响应,且能合理地模拟电池的温度分布,具有较高的置信度。利用该模型对控制因素(压头半径,冲压方式)进行了研究,并综合分析了相关参数对锂电池安全性能的影响。所获得的结果可为车载锂电池包的设计和安全系统构建提供参考。

铁铬液流电池专利技术分析

从专利角度梳理了铁铬液流电池专利申请趋势、技术输出国和目标市场分布、主要申请人、发明人、技术改进热点分布以及关键材料研究进展。结果表明,近年来全球铁铬液流电池相关专利申请量保持稳定增长,中国申请量近五年增长迅速。中国、日本和美国是主要的专利技术输出国和目标市场,全球主要申请人、近五年活跃申请人和发明人也主要集中在上述国家,其中住友电气株式会社和中国科学院大连化学物理研究所相关专利申请量最大。电极材料、电解液和离子交换膜这些关键材料是技术改进的热点。电极材料方面,主要改进技术手段包括碳基材料的优选,对碳基材料采用氧化法、表面催化剂法进行表面修饰改性,或者开发新型电极材料;电解液方面,主要通过电解液体系的优化,在电解液中加入添加剂,或者将铬离子与络合剂形成络合物进行技术改进;离子交换膜的改进,则主要通过特定结构树脂的选择,在树脂中加入添加剂,采用多层复合结构膜或者优化制备方法实现。

SOFC复合孔隙阳极材料的制备及性能研究

使用共流延工艺分别制备了以不同配比可溶性淀粉和碳纤维混合物作为造孔剂的阳极支撑型固体氧化物燃料电池(SOFC),阳极支撑层具有不规则的球型和直线型交错的复合孔隙,造孔剂总质量分数均为10%。电池以(Y_(2)O_(3))0.08(ZrO_(2))0.92(8YSZ)及Ni作为阳极材料,其中Ni与8YSZ的质量比为1∶1,以8YSZ作为电解质材料,以(La_(0.75)Sr_(0.25))0.95MnO_(3±δ)(LSM)及8YSZ作为阴极材料。使用氢气作为燃料测试了各电池在750℃下的电化学性能,结果表明,淀粉与碳纤维质量之比为1.5的复合造孔剂所制备电池的功率密度最高,可达0.199 W/cm^(2)。扫描电子显微镜法(SEM)图像显示,淀粉和碳纤维在阳极支撑层中所形成的复合孔隙相互交织,连通性较好,具有较理想的微观结构。

一种柔性太阳电池阵电传输解决方案

柔性太阳电池阵由于其质量轻、收拢体积小、可重复展收等特点,具有极大的创新性和前瞻性,是目前和今后极具竞争力的太阳电池阵构型。针对目前柔性太阳电池阵收拢和折叠特性,传统电缆束和电连接器已经不再适用,急需寻找一种新型薄型结构电传输解决方案。提出了一种柔性电缆电传输方案,这种柔性电缆具有传输功率大、质量轻、收拢体积小、可折叠等特点,非常适合作为大面积、大功率的柔性太阳阵电传输的主方式,可为未来新型太阳电池阵的设计提供新方向、设计参考和技术支撑。

废旧镍钴锰酸锂正极材料的固相直接修复再生技术

近年来,随着新能源汽车领域的快速发展,锂离子动力电池的出货量不断增加,三元锂离子电池因其优异的高能量密度性能已被广泛应用于便携式电子设备和新能源汽车等领域。随着锂离子电池即将迎来“退役”高峰,镍钴锰酸锂正极材料作为锂离子电池中最为关键的电极材料之一,其高效绿色循环利用具有重要的资源、环境、经济及战略意义。目前传统的镍钴锰酸锂正极材料回收技术以火法冶金和湿法冶金为主,这些方法可以从废弃的正极材料中提取高附加值金属,但普遍存在污染大、能耗高、循环周期长等问题。固相直接修复再生技术能够直接对废旧正极材料进行修复,实现正极材料的结构、组分及电化学性能的有效恢复,因其具有工艺简单、绿色高效等优势而受到广泛的关注。围绕固相直接修复再生技术,系统阐述镍钴锰酸锂正极材料的失效机制和修复机理,详细分析焙烧温度、焙烧气氛以及补锂工艺对固相修复再生镍钴锰酸锂正极材料结构和性能的影响及其作用机理,并指出了目前固相直接修复再生技术存在的问题,展望了该技术的未来前景。

黑猩猩算法优化光伏MPPT的研究

研究了黑猩猩算法对光伏最大功率追踪的优化,提出相应模型和方法。分析了月球科研站的光伏条件,建立了光伏系统仿真模型,模型包括光伏电池组、DC/DC变换器、最大功率追踪模糊逻辑控制器。模型根据电池组的非对称特性,设置控制器隶属度函数实现最大功率追踪。通过黑猩猩算法对最大功率追踪性能进行优化,提出适合评估最大功率追踪速度和精度的适应度函数建立方法以及隶属度函数参数迭代优化方法。根据运行结果优化控制设置,并与传统扰动观察控制进行对比。仿真结果表明:采用提出的优化模型和方法,光伏系统可以实现更快的功率追踪速度和更准确的最大功率输出。