基于TRIZ理论的电容型镍氢动力电池的研发应用

针对目前电容型镍氢动力电池容量低和低温性能差的问题,应用TRIZ理论的功能分析、因果分析、矛盾分析、物场分析等工具提出解决方案,并将方案在实际应用中验证,为应用TRIZ理论解决工程实际问题提供了全流程范例。

三元正极材料的中试生产研究

以三元前驱体[Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2]和Li2CO3为原料,采用预烧+高温固相法中试生产三元正极材料(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)。X射线衍射光谱法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)等物理检测表明合成的正极材料具有良好的α-NaFeO2层状结构,继承了Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2的球形形貌;随着料层厚度的增加,材料粒度(D50)、振实密度(TD)、比表面积(BET)和残余锂含量的变化不明显。恒流充放电测试表明料层厚度对材料的电化学容量影响趋势小,在3.0～4.3 V区间,0.2 C充放电下的首次放电比容量大于165 mAh/g,1 C循环200次后的容量保持率为89.1%,组装的18650电池在3.0～4.1 V区间,1 C循环1 500次的容量保持率高达88.76%。

基于镍氢电池的192 V/200 Ah储能系统

高原高寒地区微电网的稳定运行需要耐寒电池的支持。以MLNi_(3.9)Co_(0.6)Mn_(0.3)Al_(0.3)(ML为富镧混合稀土,La、Ce、Pr和Nd的质量分数分别为65.25%、25.20%、8.43%和1.12%)贮氢合金、球形氢氧化亚镍为活性材料,泡沫镍为集流体、ZnO为添加剂,制备200 Ah方形镍氢电池。该电池电化学性能较好:容量偏差在3 Ah以内;荷电状态(SOC)为30%时,开路电压偏差低于10 mV、直流内阻低于0.6 mΩ。将该电池组成24 V/200 Ah模块,再串联成192 V/200 Ah电池组,与自主控制充放电回路的高压箱集成储能系统。该系统具有循环寿命长、适用温域宽、安全性高以及便于维护等优点,已应用于高原高寒地区微电网交流电(AC)220 V供电系统。

储能系统用200 Ah镍氢电池的研制

以MLNi_(3.9)Co_(0.6)Mn_(0.3)Al_(0.3)储氢合金、氢氧化亚镍分别为负极材料和正极材料,采用两电极研究了电芯在充/放电后的自身重量变化,在此基础上采用方型结构制备了200 Ah镍氢电池,电池安全性测试一次性通过最新国家标准。电化学测试结果表明,在电池荷电量0~90%范围,电池内压小于202.6 kPa,还可以实现200 A持续输出时间30 min,温升小于10℃;在80%荷电量和80%放电深度下循环500次以后,电池外观良好,重量保持不变,完全满足全寿命周期下稳定运行要求。该电池具有高安全免维护、温域宽多场景、长寿命低置换、绿色环保等优点,制备过程高度智能化,具有规模可行性,对高寒地区微电网批量用镍氢电池提供了可靠支持。

表层涂碳MlNi3.93Co0.46Mn0.27Al0.34/Co3O4CeO2复合贮氢合金电极制备及电化学性能

通过分层涂浆制备表层涂碳的MlNi（3.93）Co（0.46）Mn（0.27）Al（0.34）/Co3O4CeO2电极,并建立表层涂碳的MlNi（3.93）Co（0.46）Mn（0.27）Al（0.34）/Co3O4CeO2电极反应机理模型。物理表征结果表明,活性碳（AC）具有高比表面积,为二维结构,贮氢合金呈块状固体,为单相的CaCu5型六方结构;电化学测试结果表明,活性碳形成双电层的同时也作为导电剂在MlNi（3.93）Co（0.46）Mn（0.27）Al（0.34）/Co3O4CeO2电极表面形成导电网络,可改善贮氢合金电极的电化学性能,在0.2C充放电下,放电比容量292.6mAh·g-1,以1500mAh·g-1倍率放电时,高倍率放电性能（HRD值）为82.5%,循环100次后容量保持率95.91%,在50%DOD下,氢扩散系数及交换电流密度依次为4.7×10-11cm2·s-1,315.6mA·g-1,相比于未涂炭的MlNi（3.93）Co（0.46）Mn（0.27）Al（0.34）/Co3O4CeO2电极,分别提高了2.4mAh·g-1、20.94%、5.53%、38.2%、34.5%。

镁基储氢合金La_(0.47-x)Sm_(0.53)Mg_(x)Ni_(3.35)Al_(0.15)的制备和退火工艺研究

对易挥发金属Mg进行合金化处理,采用自制的二次加料设备和自动浇铸设备,通过真空感应熔炼法制备了La_(0.47-x)Sm_(0.53)Mg_(x)Ni_(3.35)Al_(0.15)储氢合金,研究了合金组分和退火温度对合金热力学性能和电化学性能的影响。测试结果表明,Mg合金化处理和二次加料方式有利于合金组分的控制;金属Mg含量的增加,有利于合金最大放电容量的提高和合金倍率性能的提高,但降低了合金的循环稳定性;退火温度的提高,有利于合金的循环寿命,但使合金倍率性能下降;采用T+50℃、保温10 h退火制度的合金La_(0.32)Sm_(0.53)Mg_(0.15)Ni_(3.35)Al_(0.15),组分均匀,Ce_(2)Ni_(7)相丰度达到91.97%;最大放电容量可达355.3 mA·h/g;容量保持率80%的循环次数大于200周;HRD3500>60%,综合性能较为优越。