锂电池回收产出的碳酸锂制备单水氢氧化锂工艺分析与探讨

锂元素的回收是电池回收工艺中的关键步骤,目前一般采用湿法浸出技术将有价元素从锂电池黑粉中转移到溶液中,然后经过除杂净化得到精制的硫酸锂溶液,加入碳酸钠制备成工业级碳酸锂或者碳酸锂粗品,再经精制除杂得到碳酸锂产品返回电池生产过程。随着氢氧化锂市场需求的提高,如何将碳酸锂经济高效地转化为氢氧化锂也成为重要环节。针对电池回收产生的工业级碳酸锂转化为氢氧化锂的工艺过程,详细分析了不同工艺路线的原料选择、工艺过程、产品及副产品产出以及能源消耗等关键因素,通过对比不同工艺路线的优劣势,总结出不同企业状态适用的工艺路线,旨在为优化生产流程、提高回收产业链附加值提供有价值的参考。研究结果将有助于指导电池回收企业在选择氢氧化锂生产工艺时作出决策,同时也为盐湖提锂和矿石提锂产生的碳酸锂生产氢氧化锂提供借鉴。

质子交换膜燃料电池系统故障机理分析及诊断方法研究综述

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)以其高效无污染等特性在发电、交通运载以及航空航天等领域有广阔的应用前景,然而可靠性和耐久性不足等问题已成为技术瓶颈,亟需探究高效的系统故障诊断方法。该文在介绍质子交换膜燃料电池系统构成及典型故障产生机理的基础上,综述了基于模型方法、数据驱动方法、实验测试方法、融合方法等质子交换膜燃料电池系统的故障诊断方法研究进展,对各种方法进行了分析比对,并对在线诊断技术进行总结分析,最后提出质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法发展趋势及展望,以期为其后续研究及快速商业化应用提供参考。

锂离子电池储能电站的热失控状态检测与安全防控技术研究进展

锂离子电池具有能量密度大、使用寿命长、工作温度范围宽、自放电小等优点,是中国电化学储能电站的主流电池技术。然而,在加热、过充等恶劣工况下,锂离子电池易发生热失控引发火灾甚至爆炸,因此其安全问题已逐渐成为锂离子电池储能电站建设及大规模应用的首要问题。该文系统分析了锂离子储能电池热失控的诱因、电池内部反应过程及外部特征参量的变化规律,重点总结了当前主要的电池热失控状态检测技术、智能诊断算法及储能电站安全防控技术,最后对储能电站热失控状态检测及安全防控技术进行了总结和展望。

锂离子电池健康状态估计及寿命预测研究进展综述

随着锂离子电池的应用越来越广泛,锂电池健康状态的精确估计和剩余寿命的实时预测对于锂电池系统的安全运行和降低运维成本具有重要意义。锂电池内部复杂的物理化学反应和外部复杂工作条件,使得实现精准的健康状态估计和寿命预测具有挑战性。该文综述近年来锂电池健康状态估计和剩余使用寿命预测方法的研究现状,分析基于物理/数学模型、数据驱动、模型法和数据驱动融合,以及多种数据驱动融合的锂电池健康状态估计方法的优缺点及适用条件,并对比分析不同数据驱动类型的锂电池寿命预测方法。指出锂电池健康状态估计及寿命预测尚存在的问题,并对未来研究方向进行展望,对完善锂电池健康状态估计和寿命预测算法理论体系、指导实际应用技术具有重要意义。

从电池管理到电化学数字电源

电源技术的发展对绿色交通、规模化储能、智慧电网等领域具有重要作用。以电化学器件为代表的电化学电源具有反应机理复杂、多物理场、多尺度特性,同时工作过程中表现出强非线性、时变性及空间分布等特点,为电源的管理带来了挑战。本文以动力电池为对象,分别从模型、测量和管理三个方面阐述当前电池管理技术的研究现状及发展趋势,认为局限于本地的管理技术将逐渐走向全局的数字化管控,提出电化学数字电源的概念并诠释其内涵,旨在助力新能源汽车、氢电储能、新型电网、充电基础设施等电化学电源应用场景的发展。

响应曲面法优化废旧三元锂电池黑粉酸浸工艺

使用盐酸直接浸出废旧三元锂电池黑粉中的锂、镍、钴、锰,采用基于Box-Behnken设计的响应曲面法,考察反应温度、酸浓度、时间对4种元素浸出率的影响。结果表明,直接酸浸法最佳工艺条件为:酸浓度6 mol/L,固液比250 g/L,反应温度60℃,反应时间7 h,2次浸出后,锂浸出率为99.96%,镍浸出率为99.73%,钴浸出率99.90%,锰含量为99.82%。

钙钛矿太阳能电池材料缺陷对器件性能与稳定性的影响

基于钙钛矿太阳能电池材料独特的光电特性,特别是光电转换效率在初期短时间内的快速提升,使其成为当前光伏领域中最富吸引力的光吸收材料之一.然而,近年来转换效率的增长步入缓慢阶段,同时材料的长期稳定性也成为商业化应用的关键挑战,这些问题背后的物理机制与材料缺陷密切相关.为进一步提高电池效率和结构稳定性,必须深刻理解和精准地掌握这些缺陷的特性.本文全面回顾了钙钛矿材料中各类缺陷对光伏性能和稳定性的影响,包括传统刚性模型缺陷、非常规性缺陷、复合型缺陷、离子迁移和缺陷对载流子寿命的影响,论述了缺陷与材料结构稳定性之间的紧密关联性,并对未来关于缺陷的研究方向进行了展望.

基于安全、轻量化、可靠性多目标的新能源汽车电池包壳体开发

电池包作为新能源汽车的动力源,是新能源汽车最重要的部件之一,而电池包壳体对电池包乃至整车起重要保护作用,是新能源汽车的关键部件。电池包壳体质量占整车的2%~6%,电池包壳体对汽车轻量化同样起到重要作用。基于全球汽车产业的节能减排发展目标,从安全性、轻量化、可靠性3个角度出发,论述了新能源汽车电池包壳体开发的行业发展现状,展望其未来的发展趋势,同时针对这一领域存在的共性关键技术问题进行了讨论。

基于电化学阻抗谱的锂电池过充电阻抗特性与检测方法研究

目前以锂电池为主的电化学储能单元及系统应用日益广泛,而锂电池在实际使用中频发因过充电滥用引发电池故障的情况,因此实际电池的过充电状态准确检测一直是该领域的难点和瓶颈问题。针对此,该文采用电化学阻抗谱技术对单体电池过充电行为及过程开展检测研究,在实验室设计并制定电池过充电模拟循环实验,利用弛豫时间分布法对锂电池阻抗特性进行分析;在获得电池阻抗特性的基础上,对电池弛豫时间分布曲线进行解析;最后筛选阻抗特征参量为模型输入量,构建支持向量机模型进行电池过充电检测。结果表明,弛豫时间分布曲线中的极化峰P1对应锂离子在固态电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)膜中的扩散过程、极化峰P2对应电子在正极材料中的扩散过程、极化峰P3对应锂离子在电极界面的氧化还原反应。过充电会导致电池欧姆内阻、SEI膜内阻与电荷转移电阻的增长速率最大为正常循环的266%、360%和182%,其中固态电解质界面SEI膜内阻为主要因素。电化学阻抗谱的阻抗特征参量以及支持向量机模型可以用于锂电池过充电检测,估计精度达93.24%。不仅可掌握电池的运行状态,还可对过充电进行有效辨识。

非理性偏好下动力电池再制造供应链最优决策与协调研究

考虑动力电池剩余容量不确定特征,构建由电池供应商和汽车制造商组成的再制造供应链,分别探讨决策双方完全理性、单向非理性偏好和双向非理性偏好等5种决策情形下的均衡解。研究发现:动力电池再制造容量起始点对回收量具有正向作用。在双向非理性偏好情形下,供应商的利他(公平)偏好程度增加导致制造商和系统总利润提高(降低),而自身利润总是降低;制造商的非理性偏好对供应链成员及系统利润的影响与供应商的非理性偏好程度有关。在单向非理性情形下,供应链成员的利他(公平)偏好程度增加导致自身利润下降(上升)而对方利润上升(下降)。两部定价契约和收益共享契约能够实现双向非理性偏好情形下再制造供应链的协调。

不同荷电状态磷酸铁锂电池热失控温度与产气特性分析

新能源产业的飞速发展使磷酸铁锂电池广泛应用于储能领域。磷酸铁锂电池电解液固有的可燃性使其热稳定性和安全性问题不容忽视。为了更好地防控储能电站的爆炸事故,有必要开展储能电池的热失控过程研究,并对产气过程和产气组分的危害性进行深入分析。开展了不同荷电状态(State of Charge, SOC)60 Ah磷酸铁锂电池热失控试验,根据电池温度演变曲线,将电池热失控过程分成三个阶段;依据电池产气曲线,将电池产气过程分为四个阶段;使用FLACS软件建模对预混气体进行了爆炸仿真,探索了SOC对可燃气体燃爆行为的影响规律,混合可燃气体的爆炸上下限和爆炸超压随着SOC的增大而增大。研究成果对储能电站的安全防护具有理论指导意义。

基于改进YOLOX-S的太阳能电池片表面缺陷检测

针对太阳能电池片表面缺陷检测存在模型体积大和检测性能不达标的问题,提出了一种轻量化YOLOX-S检测模型用于工业生产。首先以YOLOX-S模型为基础,采用轻量级网络MobileNetV3优化主干网络,减少模型参数,降低模型运算量,提高检测速度。其次采用FReLU激活函数改进MobileNetV3,使模型具有空间像素级建模能力,提高模型空间特征信息灵敏度,增强模型对小目标缺陷的特征提取能力。最后,在颈部网络引入注意力特征融合模块,聚合多尺度信息,加强模型的多尺度特征融合能力。实验结果表明,改进的YOLOX-S检测模型平均精度均值可达97.6%,参数量减少43.2%,检测速度达到51帧/s,置信度均在90%以上,检测结果可靠。

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。

车用燃料电池散热性能实验研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为能效转换率高、清洁可靠的发电装置,在交通、储能、航天及军事等领域有着广泛应用。为了解决质子交换膜燃料电池散热密度高、发热量大、散热效率低等突出问题,本文针对散热量为15 kW的质子交换膜燃料电池,设计并搭建了一套具有四种不同流程换热器的车用燃料电池散热系统实验台。分别使用两相冷却工质HFE-7100和乙二醇水溶液作为冷却工质,探究了在35℃的高温环境中,两种工质在不同流程换热器和不同工质流量下的散热性能和系统能效比(Energy Efficiency Rating, EER)。结果表明,在相同的流程下,采用HFE-7100两相散热方式相对于采用乙二醇水溶液液冷散热方式散热量提升率在81.2%~98.8%之间,系统EER提升率在68.2%~88.6%之间。且在4种不同流程下,3流程的系统散热效果和节能效果最佳,两相工质HFE-7100散热量和系统EER分别达到14.4 kW和20.5 kW/kW,液冷工质乙二醇水溶液散热量和系统EER分别达到7.7 kW和12.1 kW/kW。冷却工质流量为4 L/min时,系统节能效果较好,其两相和液冷散热系统EER分别能达到20.9 kW/kW和10.5 kW/kW。

二维MXene材料在太阳能电池和金属离子电池中的研究进展

MXene是一种新型二维材料,具有导电性高、表面官能团丰富、层间距和能带结构可调等特点,从而在新能源器件中拥有重要的研究价值。综述了MXene在太阳能电池和金属离子电池中应用的相关进展。在太阳能电池中,基于MXene高电导率、高透明度和功函数灵活可调的特点,讨论了其在电极和载流子传输层中的相关应用研究,并对MXene功函数调整的策略进行了总结。在金属离子电池中,基于MXene独特的二维层状结构、优异的力学性能和良好的导电性,讨论了MXene作为负极材料以及与碳纳米材料、金属氧化物和硅组成的复合材料对电化学性能的提升作用,并对MXene在正极材料、集流体以及隔膜中应用也进行了介绍。最后对MXene的下一步发展进行了展望。

质子交换膜燃料电池多物理场建模及模型参数敏感性分析

受限于外部运行工况及内部多物理场参数的耦合作用机制,质子交换膜燃料电池的精确机理建模成为其研发和应用的瓶颈。该文通过探究燃料电池内部“电-热-流”多场耦合关系,构建准一维电堆动态模型,并基于单参数敏感性和多参数敏感性分析,得到不同模型参数的敏感度指标,完成了建模中部分关键参数的权重分析。为验证模型精度及耦合参数变动对输出特性的影响,在搭建Ballard NEXA 1.2 kW燃料电池测试平台的基础上开展变载及参数变动实验。结果表明,所构建的模型能够较为精确的模拟电堆特性,且对称因子、活化面积和压力系数的变动对电堆输出的影响较大。结果可为燃料电池电堆的测试及改型提供理论基础,并揭示电堆故障及老化过程中主要参数的衰退变化趋势。

基于双向交错并联变换器的电池模拟器研究

动力锂离子电池测试既要考虑安全性、便捷性,也要考虑测试时间和硬件成本等因素。在保证测试精度前提下,将非线性电池模型与电力电子开关器件相结合,基于三阶RC等效电路模型,采用交错并联Buck-boost变换器作为电池模拟器的主电路拓扑,实现对真实动力电池的替代测试。首先分析了电池等效电路模型及其参数辨识原理。其次研究了电池模拟器工作原理和双向交错并联Buck-boost变换器控制策略,并设计了控制器参数。最后搭建了电池模拟器试验平台,试验结果表明该电池模拟器可以较高精度地实现对电池伏安外特性的模拟,可以满足对动力锂离子电池的测试需求。

中、美、日、韩新能源汽车产业竞争优势测度与比较研究——以锂电池汽车为例

本文基于中、美、日、韩近30年在锂电池汽车领域的专利数据,选取20个关键指标构建“技术-经济-法律”三维分析模型,并划分出关键核心专利,在此基础上应用景气综合指数法计算四国在锂电池汽车产业的竞争优势指数,并对其进行比较与分析。结果表明,中、美、日、韩在锂电池汽车领域的总体发展布局已基本到达顶峰,且于近两年呈现波动下降趋势。总体来看,美国获得竞争优势时间最早且指数发展趋势最为稳定,连续多年稳居第一;中国获得竞争优势时间最晚,但指数发展速度最快,截至2021年末,中国总体竞争优势指数与美国持平,远超日、韩两国。分维度来看,中、美分别于经济、技术维度具有绝对竞争优势;韩国在经济、法律维度发展较为稳定,但技术维度影响整体,导致整体呈现波动下降趋势;日本在各维度均呈现出明显下降趋势,仅在技术维度下降幅度较小。由此得出结论:中国经济发展带动整体,已基本实现锂电池汽车产业的技术赶超,技术维度的发展是获得持续性竞争优势的基础,因此应在保持现有锂电池汽车领域竞争优势的同时注重相关技术轨道的跨越与变迁,以获取新能源汽车产业的持续性竞争优势。

储能锂电池系统综合管理研究进展

锂电池系统是新型储能系统的重要组成部分,电池管理技术对确保电池系统的安全、高效运行和延长使用寿命具有重要意义。从电池系统的模型、状态、故障、一致性、热管理等层面出发,综述了锂电池管理的研究进展。在电池模型方面,分析总结了电池在电、热、力等特性的建模及高效计算方法。对于电池的状态估计,总结了基于模型、数据驱动以及两者相结合的状态估计方法以及各自的优缺点,分析了构建数据驱动与电池领域知识融合框架的未来发展前景。在电池故障方面,分析了电池系统不同故障特征、类型、触发机制和诊断方法,对电池系统在早期故障预警、故障检测灵敏度提升等方面进行了展望。对于电池系统的一致性,总结分析了在均衡拓扑和均衡策略两个方面的研究现状,并对电池重构在均衡、快充、能量利用提升、故障隔离等方面的应用进行了分析。在电池热管理方面,分析了高温冷却以及低温加热的方法,并对热管理系统的优化设计和控制策略进行了总结,对开发高效换热、轻量化以及低能耗的先进热管理系统进行了探讨。此外,对电池管理系统的新技术和应用场景进行了概述,分析了数字孪生技术以及储能综合管理在电池系统上的应用,为未来电池管理的发展提供了参考。

质子交换膜燃料电池热管理系统建模及故障仿真

文章以质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)系统为研究对象,分析系统中各组成部件的工作机理,在MATLAB/Simulink软件中搭建了燃料电池电堆电压、阴极、质子交换膜、阳极以及温度的数学机理模型,同时使用Simulink/Simscape物理建模平台搭建热管理系统的物理模型,将两种模型集成为完整的PEMFC系统仿真模型。在所搭建的热管理系统模型中注入典型故障:散热器风扇故障和冷却液流量不足故障,对各故障模式下的燃料电池性能进行了分析。仿真结果表明:PEMFC系统模型结果与试验结果基本一致,验证了模型的合理性;通过对热管理系统故障进行仿真,可以清楚地了解故障发生的机理,为其故障诊断提供了参考依据。