InP衬底上制备GaInAsP/GaInAs双结太阳电池的研究

基于InP衬底的GaInAsP/GaInAs太阳电池是制备五至六结叠层太阳电池必需的低带隙子电池。采用MOCVD制备了与InP衬底晶格匹配的Ga_(0.47)In_(0.53)As三元材料和Ga_(0.16)In_(0.84)As_(0.3)P_(0.7)四元材料,禁带宽度分别为0.77和1.11 eV,它们都具有较高的晶体质量。以此为有源层制备了GaInAsP/GaInAs双结叠层太阳电池,该双结太阳电池的开路电压为1.09V,光电转换效率为11.2%(AM0,25℃)。

锂金属氧化物电池安全性研究

通过外部短路试验、强制放电试验、针刺试验和火焰试验考察了锂金属氧化物电池的安全性。结果表明,锂金属氧化物电池在外部50 mΩ短路试验过程中最高温度65.4℃;强制放电试验过程中,电池电压稳定在约-2.47 V;针刺试验过程中,电池最高温度为29.2℃。锂金属氧化物电池在外部短路、强制放电、针刺安全性试验中均未发生燃烧、爆炸等问题,通过GJB 2374A-2013《锂电池安全要求》中的规定。在火焰试验2500 s时发生了泄放,泄放位置位于铝塑膜侧边封装处,火焰安全性试验通过HJB 864.1-2018《水中兵器锂电池安全性要求第1部分:锂金属氧化物电池》中的规定。

功率型锂原电池安全性设计研究

安全性设计是功率型锂原电池应用研究的重要内容。针对“热失控”这一引发电池安全性问题的直接因素,从单体电池安全性设计和电源系统安全性设计两方面进行了研究。单体电池安全性设计包括N/P比设计、隔膜及电解液选用,电源系统安全性设计包括自主模式和“人在回路”模式下电池使用安全性设计。

锂原电池的研究与发展

近年来,随着新能源汽车的蓬勃发展和逐步部署,锂离子电池(LIB)引起了研究者越来越多的关注。与蓬勃发展的锂电池相比,锂原电池在比能量和贮存性能方面具有优势,通常应用于医疗植入、航空航天和军事等特殊领域。鉴于此,综述了锂原电池的分类和基本原理。同时,基于现有锂原电池各类体系,综述了通过材料纳米化、表面处理及工艺优化设计等多种手段提升其电池性能的研究进展。最后,对后续发展进行了展望,现有电池体系的深入研究有助于挖掘出电池高功率特性潜力,并推动该领域的进一步发展。

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。

月球科研站基本型能源系统方案设计与关键技术研究

调研了国内外无线传能技术和燃料电池技术的研究现状,在探月四期工程的整体规划框架下,对月球科研站基本型能源系统任务需求进行分析研究;提出了月球科研站基本型的能源系统组成,对能源系统的功能、工作原理和工作模式进行分析,给出了主要技术指标;对能源系统涉及到的关键技术进行初步分析,包括热电一体化能源综合利用技术、可再生燃料电池高可靠及高效控制技术、小型化高效远场激光无线传能技术、千瓦级近场无线传能技术和复杂多源能源系统稳定性建模与分析技术;基于方案设计和关键技术分析,对后续工作进行探讨,给出了下一步工作建议。

氟化碳(CF_(x))材料在锂原电池中的研究进展与应用

CF_(x)作为一种重要的正极材料,在锂原电池中具有高能量密度、长贮存寿命和优异的安全性等优点。近年来,研究人员通过研究Li/CF_(x)的工作机理,揭示了CF_(x)材料目前存在的问题,并针对这些问题进行了一系列的改性处理,如等离子体处理、表面包覆、原子掺杂等。此外,研究人员还通过表面脱氟、纳米尺度工程等手段,改变表面结构从而提升导电性和锂离子传输速率,进一步提高了其能量密度。这些研究成果为CF_(x)在锂原电池中的应用提供了新的思路和途径。主要介绍了Li/CF_(x)电池的工作机理及CF_(x)材料目前存在的问题,针对CF_(x)材料的改性方法做了总结分析,并对Li/CF_(x)电池在航空航天、国防军事等领域的应用做了详细介绍和展望。

机动式光-油综合能源系统设计研究

利用新能源供电的可移动供电系统是未来能源模式的必然发展趋势,针对外场工作对能源持续供给与灵活用能的需求,开展了机动式光-油综合能源系统研究。该系统以光伏发电为主,柴油机为辅,利用电智能DC/DC-储能模块构建智能互联电能源系统网络,采用分布式协同控制策略,引入多智能体系统思想,设计主、被动容错控制方法,实现交流耦合电压稳定控制,最终形成光-油-储智能互补综合能源系统,并通过仿真测试验证了本方案的有效性和可行性。该研究结果可以极大地提高供能效率,延长供能时间,提供稳定可靠的供电保障,提高了外场作业的机动性和持续性,提高了电能源可移动支配能力,有望推动我国相关外场作业在新能源领域的发展,也为今后信息-能量一体化奠定理论基础。

Li掺杂对铜锌锡硫硒太阳电池的影响研究

开展了基于二甲基亚砜溶剂体系的溶胶凝胶法制备铜锌锡硫硒薄膜中掺杂Li的相关研究。对不同Li掺杂量的CZTSSe薄膜分别进行了表截面形貌、晶体结构、成分比例测试,结果表明:在CZTSSe薄膜中掺杂Li可以提升薄膜的结晶质量,且随着Li掺杂量的增加,结晶质量变好。分析原因为,高温硒化过程中形成的Li_(2)Se相辅助生长改善了薄膜的结晶质量,抑制了ZnCu和SnCu等施主能级缺陷生成。但是,同样发现在Li/Cu摩尔比为1%~10%之间存在阈值,过量的Li并不能进入晶格而富集在晶界处。对不同Li掺杂的CZTSSe薄膜进行太阳电池的制备,结果表明Li/Cu为1%的太阳电池具有最高的转换效率,达到8.5%。

Co-Ta共掺杂改善LiNiO_(2)正极材料性能研究

采用高温固相烧结对LiNiO_(2)正极材料进行了Co与Ta掺杂改性,并对其进行元素含量、晶体结构、形貌、比容量、倍率性能、循环性能、差示扫描量热法(DSC)等测试。结果表明,Co可以改善材料倍率性能,Ta可以细化材料颗粒、提升循环性能。Co与Ta同时掺杂0.01%(摩尔分数)时,LNCTO-1放电(3 C/0.2 C)容量保持率为82.8%,循环(1 C/1 C)50次后,循环容量保持率为95.3%,热分解温度从189.3℃提升到了199.8℃,显示出了优良的综合性能。

大容量低温功率型钠离子电池及模块性能研究

钠离子电池由于其丰富的资源和广泛的分布,具有潜在的低成本优势,显示出巨大的应用前景。与电池火灾和爆炸有关的事故也进一步证实,二次电池的安全性是动力及储能系统的先决条件。采用P2型层状氧化物材料制备60 Ah大容量低温功率型钠离子方形电池及2并7串电池模块,并进行了电化学及安全性能测试。

超临界水制备MoS_(2)及其在热电池中的电化学性能研究

MoS_(2)是一种典型的具有类石墨烯结构的二维层状材料,高纯MoS_(2)的热分解温度可达800℃左右,表现出极好的热稳定性。选用超临界水体系制备MoS_(2),并对其微观形貌、热稳定性以及作为热电池正极材料的放电性能等方面进行分析。研究结果表明,通过超临界水体系可以制备出花瓣形貌的MoS_(2),并且1T-MoS_(2)组分可占据整个晶相的30.8%,作为热电池正极材料时,表现出优异的电化学性能。

氟化碳材料结构调控及其电化学性能构效关系研究

氟化碳材料的形貌结构、颗粒尺寸和表面性质,对其电化学性能具有重要影响。制备了颗粒尺寸为50~200 nm类球形纳米氟化碳材料,材料的F/C原子比为1.3。结果表明,氟化碳材料的高F/C和纳米尺寸的颗粒结构,使得其与商品化氟化石墨材料相比具有更高的比容量和优良的倍率性能。该材料在0.1 C倍率放电比容量为985 mAh/g,1 C放电比容量为827 mAh/g。采用纳米碳层对制备的氟化碳进行表面包覆,提高了氟化碳材料的放电电压和比容量,包覆后的氟化碳材料1 C放电比容量861 mAh/g,放电电压提升0.3 V。

N、B共掺杂空心碳球结构设计及其锂硫电池性能研究

采用二氧化硅包覆限域碳化的方法,制备N、B共掺杂空心纳米碳球。碳球直径为245 nm,空腔内径为165 nm,比表面积为666 m^(2)/g。与非限域碳化空心碳球对比,限域碳化可以有效扩大碳球空腔直径。以空心碳球为载体制备碳硫复合正极材料,碳球的大空腔结构可以提高锂硫电池硫正极中单质硫的利用率和循环稳定性,复合材料0.1 C放电比容量809 mAh/g;1.0 C初始放电比容量716 mAh/g,循环300次后比容量551 mAh/g,每次容量损失率0.077%。同时,碳球的多孔壁层结构可以提高锂离子的传输动力学,材料表现出良好的倍率性能,5 C放电比容量为423 mAh/g。

CAN总线通信中继在平流层无人飞行器中的应用研究

针对目前平流层无人飞行器能源系统CAN总线通信的缺陷,提出一种新的CAN总线通信中继的应用实施方案,从硬件和软件两个方面对CAN中继器进行原理分析与介绍,并在此基础上,对实际应用的平流层无人飞行器能源系统进行分析和可行性论证,给出多中继节点对系统的影响分析。该研究对于扩大平流层无人飞行器能源系统的规模和增强CAN总线通信架构的可靠性具有重要的指导意义。

铬基金属氧化物电池宽温域电解液研究

锂铬基金属氧化物电池选用了具有强氧化性的Cr8O21作为正极和强还原性的金属锂作为负极,所以该体系电池对使用的电解液要求很高。通过溶剂与金属锂的高温稳定性试验和电解液的高温稳定性试验,总结出宽温域电解液应尽量减少醚类和羧酸脂类溶剂的使用,并且需在电解液中添加成膜剂来改善界面稳定性;除此之外,通过引入高DN值(donor number)溶剂二甲基亚砜(DMSO)和小分子结构乙醚也可进一步改善电解液的低温性能。

热电池反应界面研究进展

电化学反应的前提是形成正负极与电解质的界面,由于热电池反应温度高,环境复杂,导致其界面状态难以表征。从界面角度出发,分别从负极-电解质界面、正极-电解质界面以及正极-加热药界面剖析了反应机理,并对当前的研究进展进行了综述,对未来的发展方向进行了展望。

GaAs/Ge太阳电池抗电子辐射研究

锗砷化镓(GaAs/Ge)太阳电池抗电子辐射试验研究是高性能航天应用太阳能电源的基础研究项目。对这种电池进行了1×1013e/cm2 、1×1014e/cm2 、6×1014e/cm2 、1×1015e/cm2、1.69×1015e/cm2 等辐射总量的试验。在1×1015e/cm2辐射下,开路电压、短路电流和转换效率分别衰减了9.27%、11.25%和19.35%。电子辐射后,电池在长波长方光谱响应衰降较多,电池深能级瞬态谱分析表明带隙中引入了0.42 eV、0.43 eV的深能级。为提高电池的耐辐射性能,要改进电池制作工艺,提高电池各半导体层均匀性,减小电池结深和减小电池有效部分的厚度。

锂原电池高温贮存寿命及其衰降机理研究

开展了锂氟化碳电池(Li/CF_(x))和锂氟化碳/二氧化锰复合电池(Li/CF_(x)-MnO_(2))高温贮存的研究,分别考察了不同电池体系、不同贮存温度、不同电池封装形式对电池高温性能方面的影响,发现锂氟化碳电池高温贮存性能优于锂氟化碳/二氧化锰复合电池,且圆柱形电池贮存性能优于软包装电池。同时通过交流阻抗、电池DPA分析等对电池贮存后容量衰降的原因进行了分析,明确了其容量衰降的原因,为锂氟化碳电池的贮存模型开发、贮存性能改善提供了理论基础。

国产高模碳纤维/环氧复合材料的太阳电池板热循环适应性研究

国产CCM40J-6K高模碳纤维基板的空间高低温热循环耐受性是决定其是否可以大规模应用于空间太阳电池板的关键因素,必须解决交变热环境下的面板与电池电路的匹配性和长寿命问题。本文以国产CCM40J-6K高模碳纤维/环氧复合材料的太阳电池板为研究对象,开展了热循环环境适应性试验研究,分别从国产和进口碳纤维基板适应高低温交变能力对比、国产碳纤维基板铺设电池电路后适应热环境能力以及电池板在轨寿命等3个方面进行测试试验。结果表明:国产碳纤维CCM40J-6K所构成的电池板综合性能与进口M40JB-6K相当,CCM40J-6K基板与三结砷化镓电池片匹配性良好,国产碳纤维电池板经疲劳热循环后的开路电压和短路电流的变化率分别为0.55%和0.24%,太阳电池片和玻璃盖片外观完好无损,太阳电池电路与基板聚酰亚胺面保持绝缘,且碳纤维表面无脱粘现象。说明国产碳纤维CCM40J-6K能够应用于太阳电池板研制。