基于离子尺寸与孔径关系的不对称电容行为(英文)

采用具有不同孔径分布的活性炭作为电极材料,研究了离子尺寸与孔结构对电容性能的影响.结果表明,正负极表现出不对称的电容行为,正负极的质量比电容分别为113和7F·g-1.在负极电位区间,循环伏安曲线的响应电流明显减小.材料表面最大电荷存储量的理论计算与实验结果有着很好的一致性,这些结果表明用于阳离子电荷存储的电极孔隙空间不够发达,导致电容器在充电过程中负极材料表面达到电荷饱和状态,进而表现出较差的电容行为.然而,四氟硼酸根阴离子可以进入到正极电极材料大多数孔道中,电极未发生电荷饱和效应,表现出优异的电容行为.负极较低的比电容将会影响电容器的整体性能.因此,正负极应当根据离子尺寸与电极材料孔结构的构效关系进行匹配,以使电容器的比电容最大化.

电解质离子尺寸对超级电容器电化学性能的影响

为了研究电解质离子尺寸对超级电容器电解液电化学性能的影响,自制了阳离子不同的2种电解质N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸盐(P_(11)-BF_4)和N-乙基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸盐(P_(12)-BF_4),并分别配制成以碳酸丙烯酯(PC)为溶剂、浓度为1 mol/L的电解液;通过循环伏安、恒流充放电、交流阻抗谱研究了电解质离子尺寸对活性炭基超级电容器电化学性能的影响。结果表明:电解质离子尺寸和阳离子对称性共同影响着超级电容器的放电比电容,电解质离子尺寸越小,电解液的耐电压特性越好,超级电容器的工作电压越高;电解质离子尺寸的大小和阳离子的对称性共同影响着超级电容器的电化学性能。

电化学双电层电容器动态模拟：离子尺寸及扩散系数的优化

电化学双电层电容器的低能量密度限制了其在储能动力等领域的应用,而有机电解液作为提升器件能量密度的关键因素,研究其导电电解质的特性具有重要的意义。通过构建电化学双电层电容器的动态模型,模拟了电化学双电层电容器的循环伏安曲线,并定量探究和解析了离子溶剂化尺寸和扩散系数对电容性能的影响。模拟结果表明:在低扫描速率情况下,电容性能主要受控于双电层结构特性,比电容随着离子溶剂化尺寸的减小而增大,而离子扩散系数对其电容性能没有影响;在高扫描速率情况下,电容性能会受控于离子传质过程,比电容随着离子溶剂化尺寸和离子扩散系数的增大而增大。并基于模拟计算和分析结果提出了理性设计和优化电化学双电层电容器的策略。

大尺寸电弧等离子体的产生、控制及应用

电弧等离子体在工业领域有着非常广泛的应用,但受自收缩特性的影响,造成的温度梯度大、高温区体积小,制约了该技术应用的广度和深度的发展.基于电弧发生技术,通过多种调控手段获得大体积均匀热等离子体,在热喷涂、微纳粉体制备和煤制乙炔等领域,已展示出非常好的应用前景.文章从大尺寸电弧等离子体应用需求入手,详细综述了国内外在大尺寸电弧等离子体技术及应用方面的研究进展.首先,从产生的方式上,介绍了多相交流、多电极直流和磁驱动旋转电弧等离子体发生器,并分别阐述了大尺寸热等离子体产生的基本原理和电弧的基本特征;在电弧特性控制方面,基于发生器结构特征,从电极几何位形、气流驱动和磁场驱动等几个方面,汇总了等离子体的调控方法及其调控机制,论述了它们对等离子体位形、动态特性和流动特性的影响;最后,介绍了国内外大尺寸电弧等离子体应用的基本情况及其研究进展,围绕着应用痛点,进一步凝练亟需解决的关键科学技术问题,展望了未来的发展趋势,为电弧等离子体技术的应用升级和新领域应用的拓展提供支持.

R＿（1－x）Pr＿xBa＿2Cu＿3O＿（7－δ）超导T＿c平台的离子尺寸效应

系统地研究了Ｒ＿（１－ｘ）Ｐｒ＿ｘＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿（７－δ）的超导Ｔ＿ｃ与Ｐｒ替代浓度ｘ的关系。发现在离子半径ｒ＿ｉ≤ｒ＿ｉ（Ｄｙ）时，在低Ｐｒ浓度范围内存在一个超导Ｔ＿ｃ平台，并且平台宽度表明一个Ｒ￣（３＋）离子尺寸效应。我们认为，Ｔ＿ｃ平台宽度的离子尺寸效应可能起源于Ｐｒ４ｆ电子局域态的改变。提出一个临界Ｒ￣（３＋）离子半径ｒ＿（ｉｃ）。

正离子尺寸离散度对掺杂La_2CuO_4超导电性的影响

固态化学与物理学的结合推动了高温超导体的发现与发展．美国普林斯顿材料研究所的Ｒ．Ｊ．Ｃａｖａ，由于在上述领域创造性的工作，获得了’９７国际超导大会（北京）奖．最近，Ｃａｖａ在一篇为《Ｎａｔｕｒｅ》撰写的短评中讲述了发生于１９８６年１２月的一段亲身经历...

电极结构对滑动弧放电等离子体尺寸的影响规律

为得到电极结构(电极长度和电极张角)对滑动弧放电等离子体尺寸大小的影响规律,设计并制作了一套易于更换电极、调整电极间距的滑动弧等离子体发生装置。利用示波器对滑动弧放电等离子体的电信号进行测量,结合高速摄影仪和DV相机对滑动弧放电图像进行了记录与分析。试验结果表明:随着气体流量的增加,滑动弧放电呈现3种状态;稳定的滑动弧放电等离子体的电压波形是一种周期性的电压峰值逐渐增大的波形,它反映了电弧的产生、移动和熄灭。利用流量计控制气体体积流量为10 L/min,在张角为30°的情况下,等离子体长度随电极长度的增加而逐渐减小,并且在电极长度达到50 mm时,等离子体已无法超出电极末端。等离子体宽度是在电极长度为20 mm时达到最大。保持电极长度为20 mm,改变电极张角,发现张角越大,电弧沿电极的滑动距离越小,电极引导电弧滑动的作用无法得到充分发挥,导致滑动弧放电等离子体的尺寸减小。

真空中同轴LIBS系统下铝锂合金等离子体时空演化行为研究

采用基于线性阵列光纤束的同轴光学结构,在真空环境下利用波长1064 nm、脉宽5 ns、功率密度6.3 GW/cm^(2)的脉冲激光烧蚀铝锂合金靶材,对铝锂合金等离子体发射光谱分别进行时空积分和时空分辨测量。评估了等离子体发光时间~1μs,发光区域大小~1 cm。进一步研究了激光烧蚀等离子体连续辐射、离子谱线和原子谱线的时空演化行为,给出了激光烧蚀等离子体不同辐射机制的辐射时间尺度。谱线的空间分辨测量发现,Al、Li元素对应原子及离子的空间分布均有所不同,即真空中激光烧蚀铝锂合金等离子体在横向扩张过程中发生了元素“空间分离”的现象。物种的横向扩张速度研究结果表明,同种元素的离子速度大于其原子速度(Al III>Al II>Al I,Li II>Li I)。此外,对同种电荷态不同元素的原子(离子)速度的差异进行了讨论,并归因于元素的“质量分离”效应和较快的离子复合效应。

车用大尺寸锂离子动力电池性能的仿真与分析

为探究车用大尺寸锂离子动力电池内部性能不一致性,基于伪二维理论,建立了二维仿真模型。引入集流体区域电势分布及边界条件,对10~150 cm不同长度电极的电池建模仿真,分析了倍率性能、容量发挥率、阻抗等电性能及局部析锂。结果显示:长度为100 cm的电池在3 C大倍率充电时正极集流体压降高达0.1 V,充电容量发挥率仅为82.2%,极化内阻接近10 cm的2倍;电流密度分布不均造成充电至85 s时就出现局部析锂;充电截止时刻极耳区域温度比中部高出8.6 K。因此,对车用大尺寸锂离子动力电池,亟需对结构进行优化设计和提高电池热管理能力。

车用大尺寸软包锂离子电池在高低温升工况下的生热率测定

提出了一种电动汽车用大尺寸软包锂离子电池的生热率测量方法——热补偿法,研究了电池生热率与工作电流、温度之间的曲线关系,其有效性得到了常规热流计法的验证,最后结合这两种方法研究了电池在高、低温升工况下的生热特性。研究结果表明,基于热补偿法的电池生热率平均测算偏差低于5.6%;电池的生热率随工作电流的增大而增大,二者呈二次非线性关系;电池在高温升工况下的生热率随放电深度呈先降后升趋势,形似U型曲线;电池在低温升工况下的平均生热率较其在高温升工况下高约13.7%。提出的热补偿法具有精度高、成本低、简便灵活等优势,研究成果可为大尺寸软包锂离子电池的热模型建立和热管理系统设计给予指导。

聚偏二氯乙烯基炭用作高功率EDLC电极材料

在600℃～1100℃对聚偏二氯乙烯(PVDC)树脂仅进行炭化处理,制备了一系列PVDC基活性炭。由TG、XRD和N2吸附等温线(77K)分别测定了PVDC基炭经历的热解过程与其晶型、比表面积和孔结构;采用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电考察了它们在质量分数30%的KOH水溶液中的电容特性。结果表明:PVDC基炭属于无定形碳,其大的比表面积(874.5m2/g～969.2m2/g)和丰富的微孔在固相炭化过程中形成;PVDC基炭具有适于双电层形成的优异孔径分布、高的质量比电容和面积比电容;900℃炭化的PVDC基炭具有最高的比电容值和良好的功率特性,50mA/g电流密度时的放电比电容达256.9F/g,5000mA/g电流密度时的放电比电容保持率达76.5%;提高炭化温度可提高PVDC基炭的电导率,降低电解质离子在孔内的扩散阻抗,改善双电层电容器的功率性能。

铵钒青铜基浓差流动电池的盐差发电性能研究

浓差流动电池依靠法拉第电极和存在浓度差的两股盐溶液之间可逆的反应,可将盐差能转化为电能;其与传统膜基盐差能提取技术相比具有成本低、寿命长和体积小等优点。然而已报道的浓差流动电池用电极需要预充电处理而且可能产生有毒离子。铵钒青铜是一种对环境友好的法拉第电极材料。它作为电极与普通滤膜组成浓差流动电池,在不需要预充电处理的前提下,平均输出功率密度高达194.3 mW·m^(−2)(20和500 m mol·L^(−1)的NaCl溶液),相比于石墨烯水凝胶基盐差发电器件(141.4 mW·m^(−2))提升了37%。此外,盐离子价态和尺寸对盐差发电性能存在一定的影响。铵钒青铜的引入,为设计浓差流动电池中的电极材料提供了新思路。

大尺寸大气压空气等离子体射流设备研究

本文提出了一种特殊的大尺寸大气压空气等离子体射流设备。该设备采用一种高分子耐高温涂料作为介质进行放电,通过气体渐扩通道,产生大尺寸空气等离子体射流,射流直径最宽处可以达到28mm,长度可以达到数十mm。本文对射流中的活性物质进行光谱测量,同时对射流宏观温度进行测量,指出该射流温度非常接近室温,可以用于温度敏感材料的表面处理等方面。

电沉积修复裂缝中离子迁移的Debye层效应

电场作用下电解质离子在裂缝中的迁移规律直接关系到混凝土裂缝电沉积修复的效果.经典的PoissonNernst-Planck(PNP)方程假定电解质离子为理想的质点模型,忽略了离子和裂缝的尺寸效应,难以揭示电解质离子在极端受限条件下纳米裂缝中的迁移规律.本文以双电层厚度为物理基础,建立了电沉积修复中离子迁移的几何模型,采用无量纲Debye数来描述离子浓度和裂缝尺寸等对离子迁移规律的影响;从自由能出发,考虑了离子和裂缝的尺寸效应,推导了修正的PNP方程,并通过有限元仿真获得了修正PNP方程的数值解.结果表明,当Debye数较小时,离子的迁移可以由经典的PNP方程来描述,离子浓度满足电中性关系,电势呈现出线性分布;随着Debye数的进一步增加,经典PNP方程的数值解会出现超高非物理离子浓度O(10^(2)),而基于修正后的PNP方程,可以获得裂缝中更为合理的阳离子饱和浓度值O(10).本研究将为电沉积修复过程的离子迁移分析以及可修复最小裂缝尺寸评定提供理论指导.