基于变分深度嵌入-带有梯度惩罚的生成对抗网络的锂离子电池老化特性建模

锂离子电池老化实验是研究电池老化性能的基本手段,但针对大量电池的老化实验一般很耗时。为了节约时间和测试成本,获得更多电池数据,该文将变分深度嵌入(VaDE)模型与带有梯度惩罚的生成对抗网络(WGANGP)相结合,组成VaDE-WGANGP架构,进而基于该生成模型设计了一种电池老化特性建模与数据生成的方法。该文以一套开放的电池全寿命周期测试数据集为依据展开研究,首先,将电池放电过程中的电压、电流和放电容量这三个外特性作为模型的输入,通过VaDE的编码器将原始数据映射到隐空间,再通过优化获得符合特定规则的分布;然后,通过一定方式对该分布空间进行采样,并将采样所得的隐变量输入解码器中进行数据生成;后续数据测试表明,VaDE-WGANGP在电池外特性数据生成上具有较好的性能,可以实现对电池老化过程中基础外特性的模拟,在数据量不足时也可以为某些数据驱动算法提供有效的扩展数据资源。

锂离子电池负极材料银纳米线的锂化机制

为了探究银纳米线在不同工作电压下的锂化机制,借助原位透射电子显微镜的高分辨技术和电子衍射技术,研究了在不同的工作电压条件下,银纳米线在锂化过程中的相变过程和形貌变化。结果表明:金属银用于电池负极材料时,其工作电压对电极材料的活性有较大影响;银在低工作电压下的储锂量大,电极材料不易失效;当工作电压为-1 V时,Ag纳米线在储存锂离子过程中会先变成LiAg相,无明显体积形变;后续随着锂化时间增加,Li_(x)Ag合金中x>1时,纳米线粉碎化,生成Li3Ag、Li9Ag4相;当外加的电压为-2 V时,锂离子会快速在纳米线表面运输并与Ag发生反应,导致纳米线破碎。

循环老化三元锂离子电池热失控气体毒性研究

为研究高能量密度锂离子电池循环老化过程中热失控特性变化及释放气体的毒性危害,对不同循环老化程度的三元锂离子电池进行热滥用实验,利用气体传感器阵列,基于有效剂量分数模型对热失控气体毒性危害进行定量分析。结果表明,高镍含量三元锂离子电池循环性能差,200次循环老化后,电池健康状态低于70%。老化电池更容易进入热失控状态,热失控反应更剧烈但释放能量少,释放气体燃烧效率低。在密闭空间内,电池热失控释放窒息性气体危害性比刺激性气体更高,150次循环老化电池的窒息性气体毒性累积效应比新鲜电池早638 s达到临界值1。随老化程度增加,最终电池的刺激性气体毒性即时效应与气体致死毒性即时效应降低,与新鲜电池相比,100次循环老化后,电池的刺激性气体毒性即时效应降低0.34,气体致死毒性即时效应降低0.19。研究结果可为老化电池安全性评估及热失控预警提供数据支撑。

锂离子电池不同服役工况下失效研究进展

锂离子电池在长期服役时极易出现失效现象,包括内阻增大、容量衰减、析锂、产气等,其失效过程难以监测,容易导致锂离子电池的安全性、可靠性和使用寿命严重降低。通过研究搁置、长循环及浮充等不同服役工况下电池的失效原因,了解电池失效机制,可以快速监测电池的健康状态和服役寿命。本文对不同服役工况下电池失效的相关研究进行探讨,综述了在不同温度、电压和荷电状态等条件下服役时,锂离子电池内部正极、负极、隔膜和电解液的失效机理,着重介绍了电池在不同电压和温度下的搁置性能、搁置下的失效模型、长循环后正负极结构的变化、高温浮充后的失效机制及产气机理。同时也有针对性地提出了锂电负极材料、隔膜、电解液及正极材料等相关要素的优化方案。综合分析表明电极中活性锂的损失、活性物质的损失、颗粒的破裂、过渡金属的溶出、固体电解质界面膜(SEI)分解等都会引起锂离子电池的失效。减小颗粒粒径、加入电解液成膜添加剂以及优化隔膜的穿透性等,有望降低锂离子电池在长期服役过程中的失效速率,确保锂离子电池安全稳定运行。

基于锂离子电池容量增量曲线半峰面积的容量在线估计方法

锂离子电池关键材料的持续突破和规模化应用是我国双碳目标实现的重要技术路径。然而,电池具有即用即衰性和老化特性的复杂性,准确的老化分析和容量估计极其困难。为此,该文发现了电池容量增量曲线半峰面积与寿命衰减的映射关系,提出了基于充电容量增量曲线特征峰半峰面积的最大可用容量估计方法,明确了可用锂损耗为电池主要容量衰退模式,通过采用递推更新算法在线计算曲线特征峰半峰面积实施电池容量在线估计。考虑环境温度和充电倍率对容量估计算法的影响,进一步建立了基于环境温度、充电倍率的容量优化估计算法,不同老化状态和电池的验证结果表明最大可用容量估计误差小于3%。

不同老化阶段的锂离子电池热特性研究进展

研究锂离子电池不同老化阶段的热特性对于锂离子电池全寿命周期安全运行控制具有重要意义。首先梳理了不同老化阶段电池本征热特性参数和产热特性参数的实验研究进展,厘清相关参数随电池老化阶段变化的规律和内在机理;结合锂离子电池热特性研究的电模型、热模型和老化模型的全面综述与分析,总结了锂离子电池不同老化阶段的产热及温升随环境温度和倍率的变化规律。相关工作可为锂离子电池全生命周期热特性变化和热管理策略研究提供参考。

考虑老化一致性的电池模组热管理方法研究

锂离子电池内部生热导致的加速老化和热安全问题一直以来都是制约电池产业的瓶颈问题。此外,单体老化路径和一致性的差异也会造成电池老化程度不一致,引发电池内阻和发热量的差异。基于上述问题,提出了一种考虑老化一致性的电池组热管理方法,搭建锂离子电池热-电耦合模型对电池进行参数辨识,并利用有限元分析的方法对Z型槽空气冷却电池组进行三维建模。分析不同外界电流应力、入口风速以及不同老化状态对电池组温度分布的影响。进行了仿真与实验验证,结果表明实验与仿真温度结果误差在2℃以内。

数据驱动的钠离子电池健康状态评估方法研究

钠离子电池健康状态估计是其安全高效应用的基础,也是钠电池规模化储能应用的关键。然而,钠离子电池即用即衰,衰退机理不明晰,老化过程受工况和场景影响,准确的健康状态估计极其困难。为此,提出了数据驱动的钠离子电池健康状态估计方法,探究了钠离子电池的充电数据与容量衰退的映射关系,提出了结合方差筛选、灰色关联分析和递归特征消除的特征选择方法,应用多元线性回归、支持向量机、高斯过程回归和误差反向传播神经网络4类机器学习方法估计钠离子电池的健康状态。验证结果表明,4类方法的健康状态估计均方根误差小于1.6%,其中高斯过程回归的误差小于0.8%,实现了钠离子电池健康状态精准估计。

干式熟成时间对牦牛肉品质的影响

为探究牦牛肉在不同干式熟成时间(7、14、21、28和35 d)下品质的变化,本研究采用感官评价、质构和气相色谱-离子迁移谱(Gas Chromatography-Ion Mobility Spectrometry,GC-IMS)技术分析了不同干式熟成时间牦牛肉的质构变化和风味差异,并结合偏最小二乘法分析(Partial Least Squares-Discrimination Analysis,PLSDA)筛选出其特征性风味物质。结果表明,干式熟成35 d样品综合得分最高,其触感柔软组织结构完好,香气整体可接受度较好;干式熟成时间对牦牛肉硬度、咀嚼性、胶黏性和内聚性具有显著影响(P<0.05)并随熟成时间延长呈逐步下降趋势;共检测出50种挥发性化合物,主要包括醇类14种、醛类11种、酯类12种、烯烃类3种、酮类2种和酸类2种(包括单双聚体),其中醛类、醇类和酯类等化合物相对含量随熟成时间延长呈增长趋势,酮类和烯烃类化合物相对含量呈下降趋势。不同熟成时间牦牛肉整体风味存在差异,0 d和35 d整体风味差异较大;筛选出17种关键挥发性化合物,包括3-羟基-2-丁酮(D)、正己醇(M)和正己醛(D)等。该研究揭示了干式熟成时间对牦牛肉质构和风味的影响,为干式熟成牦牛肉风味形成和产品开发提供了一定的理论依据。

生活垃圾焚烧灰渣代砂混凝土的抗氯离子渗透性能研究

为探究生活垃圾焚烧灰渣代砂混凝土的抗氯离子渗透性能,采用3种代砂率(0,20%,40%)和3种水胶比(0.30,0.45,0.60)进行配合比设计,并养护至标准、中长、长期龄期,基于电通量法测试不同配合比在不同龄期下的抗氯离子渗透性能。结果表明:与普通混凝土类似,焚烧灰渣混凝土的抗氯离子渗透性能随着水胶比的增加而减少,焚烧灰渣代砂率的提高可促进抗氯离子渗透性能,且高水胶比下的效果更好;由于硫化物和氧化镁组分的存在,焚烧灰渣化学反应活性将在后期缓慢发挥,并进一步减少氯离子扩散系数;综合考虑环境效益,0.45水胶比+40%替代率下的具有最佳的抗氯离子渗透性能,可满足工程实践需求。

锂离子电池健康状态估计方法研究现状与展望

锂离子电池作为一种重要的储能电池,近年来发展逐渐成熟并被广泛应用于各种工业领域,有效缓解了能源转型和环境污染的压力。为保障锂离子电池能够安全、高效地长期服役,降低运行成本,实时准确地估计电池的健康状态变得尤为重要。文中对锂离子电池健康状态估计方法的发展现状进行了综述。首先,介绍了锂离子电池的老化机制和健康状态的相关概念。其次,介绍了包括基于测试、基于模型、基于数据驱动、基于不同方法融合在内的传统健康状态估计方法,以及基于先进感知技术的新型健康状态估计方法,展示了不同方法的改进过程,并对储能系统中锂离子电池模组的健康状态估计方法进行了简要概述。作为一种新兴方法,基于先进感知的方法对电池内部信息进行感知,具有广阔的应用前景。然后,分析比较了这些方法的优缺点和改进角度,为面对不同问题情境时如何选择合适的方法提供参考。最后,为推动锂离子电池的健康状态估计方法的实际应用,提出了该领域面临的挑战,并展望了该领域未来的研究方向。

锂离子电池健康状态估算方法研究进展

随着锂离子电池(Lithium-ion batteries,LIB)在电动汽车、储能电站和备用电源等领域的广泛应用,准确、及时地估计电池健康状态(State of health, SOH)是确保电池系统运行可靠性和安全性的关键因素。锂离子电池内部复杂的电化学反应和多变的外部使用条件,使得实现精准的健康状态估计具有挑战。随着人工智能、大数据分析等技术的快速发展,电池SOH评估的方法也逐渐多样化。首先介绍电池的老化机理和SOH概念,随后介绍了实验法、基于模型、数据驱动和融合方法,详细分析了每种方法的特点,并比较了在实际应用中相应的优势和局限性。最后,对SOH估算的未来趋势进行了展望。

HL-3装置快离子损失探测器研制与实验研究

托卡马克等离子体中的快离子损失会降低加热效率,快离子损失探测器(FILD)可以同时测量快离子损失的损失率、能量和螺距角,是监测和研究快离子损失现象的重要手段之一。基于中国环流三号(HL-3)装置的放电参数,首先通过模拟不同初始螺距角下80 keV氘离子在HL-3装置中的运动轨迹确认探头的安装位置。其次,通过模拟不同入射能量、磁场强度、入射角情况下氘离子的运动轨迹确认准直器尺寸。然后,通过模拟氘离子经过设计尺寸准直器后在掺银硫化锌[ZnS(Ag)]闪烁屏上的横向、纵向最远运动距离,确认闪烁屏尺寸,最后将设计好的基于掺银硫化锌[ZnS(Ag)]闪烁屏的快离子损失探测器安装在HL-3装置上进行实验研究。研究结果显示快离子损失探测器能成功测量到快离子损失信号,并监测到环向阿尔芬本征模(TAE)诱发的快离子损失。

正弦纹波电流对锂电池快充性能影响的研究

正弦纹波电流(SRC)充电对锂离子电池充电性能有一定改善,但已有的SRC充电研究均基于1C及以下的直流倍率,与直流充电相比没有取得显著的优化。为适应市场快速充电需求,本文首次探究了2C高倍率SRC快充对锂电池循环寿命的性能影响。通过对不同交流频率、振幅工况的循环寿命实验后的电池容量、内阻、温升和容量增量(IC)分析表明,尽管所提出的SRC快充会因为电流有效值变大导致温升高于直流,但电池寿命性能却显著优于直流;并在交流振幅为3C(AC/DC=1.5)、交流频率高于特征频率(825 Hz)工况时寿命性能达到最优。其中,10 kHz频率工况在100个循环后,电池容量衰减和活性物质损失(LAM)分别比直流降低了70.37%、59.6%;200个循环后内阻增量仅为直流的1/3.51,容量仅衰减51.17%,比直流延长251%的使用寿命。

基于平均电压快速识别锂离子电池老化模式

锂离子电池在老化过程中表现为非线性衰退,这会危及新能源汽车或储能系统的安全。提出了一种基于实车使用或储能系统使用的原位快速识别老化模式的方法,该方法仅需要80%放电深度(DOD)区间的电压、电流数据。通过建立的老化模型模拟了27种老化模式,该模型可通过扩展平均电压与容量衰退的轨迹快速识别非线性衰退的老化模式。证明了电池的非线性衰退与负极材料损失或锂离子损失增加有关,并且扩展平均电压的轨迹可判断正极材料损失是否加速衰退。采用正负极匹配的无损老化模式诊断验证了方法的准确性。

生物活性玻璃抗菌材料研究进展

通过对玻璃抗菌材料和生物活性玻璃材料的研究历史进行综述,重点介绍通过添加具有抗菌性能的金属元素(如银、锌、铜、锶等)对玻璃材料进行掺杂无机改性,进而开发出的新型抗菌生物活性玻璃材料的研究进展。研究认为,银、锌、铜、锶等金属元素,不仅赋予玻璃材料优异的抗菌性能,还增强其在临床医疗和公共卫生领域的应用潜力,为设计和开发新型多功能生物分子材料提供可借鉴的思路与方法。

高温下镍钴铝/石墨锂电池全生命周期老化机理研究

对一款商用镍钴铝/石墨锂电池进行了60℃下固定节点老化实验,利用容量增量分析方法和电压弛豫分析辨识出全生命周期内的老化机理,结合电极形貌观察分析方法对老化机理进行了验证。结果表明,该锂电池老化呈2个阶段:第1阶段为线性老化,老化速度较缓,主要老化机理是负极SEI膜形成造成的可用锂离子损失和负极活性材料损失;第2阶段为非线性老化,老化速度较快,主要老化机理是正极颗粒破碎、过渡金属溶解以及电池内部产气,导致活性材料损失加剧。

锂离子电池微过充循环老化特性与失效机理研究

锂离子电池在实际工作中会因为电池组的不一致性或充电系统故障而出现微过充现象,长期循环会引发安全隐患。为探究微过充循环对锂离子电池老化特性及其失效机理的影响,将电池分别过充至不同截止电压,应用电化学阻抗谱、弛豫时间分布和容量增量分析等技术对其进行老化分析,并结合拆解后电极的扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)表征加以验证。实验结果表明,与正常循环相比,微过充循环会显著加速电池老化,导致电池比容量衰减速度加快;随着循环次数的增加,电池内部的可用锂离子和活性材料不断消耗,电池各类阻抗明显增加,其中4.5 V微过充循环电池的电荷转移电阻较初始状态增加了196.15%;微过充循环还会加剧电池极化现象,降低材料的循环稳定性;微过充循环后,电池的活性材料逐渐从集流体上脱落,正极材料的活性颗粒破裂,负极材料表面固体电解质界面(SEI)膜增厚,F、P元素含量显著增加。

法国核电应力腐蚀问题对我国核电技术发展的启示

2022年,法国电力公司(EDF)大量核电机组因一回路管道应力腐蚀开裂(SCC)问题而停堆检修,对法国甚至欧洲的生产生活造成巨大影响。针对该事件,在总结国内外核反应堆类似失效案例及材料老化研究成果的基础上,对反应堆不锈钢部件的SCC问题的机理、影响因素、抑制措施开展了分析,并结合我国核电机组服役时间逐渐延长,材料老化、设备失效问题日益突出的现状,提出我国核电运维改进措施,如优化残余应力、加强监督和检查,研发更有效的无损检测技术等。同时,探讨了我国在反应堆材料老化研究方面的发展方向。

SOC对锂离子电池存储性能影响及K值筛选工艺

锂离子电池荷电状态(SOC)和老化工艺对电池的存储性能以及模组电池的制备和性能具有重要影响。研究SOC对磷酸铁锂锂离子电池存储性能的影响。高温(60℃)长时间存储时,随着SOC降低,电池的产气变严重,负极上发生的副反应是产气的主要来源。在30%SOC下,电池处于产气较少的理想存储状态。在30%SOC下,通过调整45℃高温和常温老化时间对K值筛选工艺进行优化。高温老化有利于区分不同自放电速率的电池。模组充放电一致性测试表明,随高温老化时间的延长,模组充放电压差减小,电池一致性提高。实验结果为磷酸铁锂锂离子电池长期储存、运输和制备提供参考。