Li2MnO3正极材料中掺杂Co、Ni的电化学性能研究

分别以金属Co和Ni替代Li2MnO3中的部分Mn,并采用高温固相合成法制备Li2Mn0.5Ni0.5O3和Li2Mn0.5Co0.5O3正极材料,通过SEM分析和X射线衍射观察材料的微观形貌和晶体结构,循环伏安法、交流阻抗测试和恒流充放电实验,测试材料的电化学性能.结果表明:Li2Mn0.5Ni0.5O3材料的首次放电比容量为308.9 mAh·g-1,库伦效率为92.1%,循环40圈时容量保持率为93.7%,Li2Mn0.5Co0.5O3材料的首次放电比容量为282.6 mAh·g-1,库伦效率为98.2%;循环50圈时放电比容量为332.6 mAh·g-1,充放电性能较好;Li2Mn0.5Co0.5O3材料锂离子扩散电阻小,氧化还原峰极化小,展现出良好的循环稳定性.由此得出结论,Co掺杂所得Li2Mn0.5Co0.5O3材料相比于Li2Mn0.5Ni0.5O3材料,不仅具有更完好的晶型结构,还有更高的放电比容量、更长的循环寿命以及良好的循环稳定性.

单液流锌镍电池能量损失与效率初步研究

介绍了一种新型的单液流锌镍电池,研究分析了单液流锌镍电池充放电过程中能量损失的原因,该电池能量损失由电池自身充放电过程中形成的内部能量损失和由循环泵形成的外部能量损失组成。通过对300 Ah单液流锌镍电池不同恒流充放电模式的实验数据和结果的分析,实验结果反映单液流锌镍电池能量效率与系统效率的特性,表明改变恒流充放电电流可减少该电池的能量损失和提高系统效率,该电池系统效率存在进一步优化的空间。

水介质中Na_(0.44)MnO_2/C复合电极的制备与性能研究

高温固相法合成Na_(0.44)MnO_2,分别与纳米粒状乙炔黑(cb)和中孔管状线性碳纳米管(CNT)进行非原位复合,探讨了导电剂种类、分散方式和加入量对Na_(0.44)MnO_2/C复合电极在含锌、锰离子中性水溶液中电化学性能的影响。结果表明,Na_(0.44)MnO_2与碳纳米管复合宜采用液相搅拌方式,而乙炔黑与Na_(0.44)MnO_2复合则更适宜采用机械混合方式。与Na_(0.44)MnO_2/cb复合电极相比,Na_(0.44)MnO_2/CNT复合电极具有更优的动力学特征,突出表现为大电流充放性能明显改善,且低电流密度下易获得高的起始放电比容量,且随循环次数的增加,可较快地增至稳定(~300 mAh/g,100 mA/g);添加量增大,电极性能得以进一步改善,但容量并未成比例地提高。

锌镍单液流电池温度特性研究及实验验证

为了深入利用可再生能源,迫切需要发展大容量、低成本、高效和安全的能源存储技术。新提出的锌镍单液流电池具有低成本、长循环寿命、高能效的特性,显示出在规模储能方面的潜在优势,为全面了解锌镍单液流电池的特性,需研究其温度适应性。为此,文章采用恒流限压充放电方式研究了不同温度对锌镍单液流电池充放电性能的影响。结果表明,锌镍单液流电池可在-40℃^+40℃范围内工作,充放电库仑效率随着温度降低而提高,能量效率在+40℃^-20℃区间可达到80%以上,-30℃^-40℃能量效率稍低。研究结果为后续研究和应用奠定了基础。

Mn掺杂Ni（OH）2的合成及电化学性能研究

本工作采用缓冲溶液法制备Mn掺杂Ni(OH)2(Ni1-xMnx(OH)2,x=0.1,0.2,0.3,0.4),X射线衍射测试表明样品主要是β相,有少量Mn3O4杂相;循环伏安测试表明,x=0.2的材料还原峰积分面积最大、还原分支的峰电流最高;恒流充放电测试表明,在100 mA/g电流密度下,Ni0.8Mn0.2(OH)2放电比容量最高,其第20次循环放电比容量为271.8 mAh/g,同等条件测试的商用β-Ni(OH)2放电比容量为253.6 mAh/g;在300、500 mA/g电流密度下,Ni0.8Mn0.2(OH)2放电比容量仍保持最高,分别为294.7、291.5 mAh/g,而且Mn掺杂Ni(OH)2的循环稳定性也优于商用β-Ni(OH)2。Mn掺杂可改善镍电极的循环稳定性、降低镍电极成本,具有广阔的应用前景。

单斜镍锰酸锂在不同离子电解液中的性能研究

采用高温固相合成法合成正极材料单斜镍锰酸锂(Li_2Mn_(0.5)Ni_(0.5)O_3),采用X射线衍射技术确定电极材料晶型结构,以循环伏安法及恒流充放电法测试了该材料在中性水溶液中的电化学性能,探讨了电解液中不同离子组合对电池性能的影响。循环伏安法测试表明,在硫酸锂+硫酸锌+硫酸锰电解液中,该电极材料具有更加明显的氧化/还原峰,峰型更尖锐,峰电流更高;恒流充放电测试表明,该电极材料在硫酸锂+硫酸锌+硫酸锰电解液中具有较为明显的放电平台,放电中值电压为1.3 V。首次放电比容量达287.4 mA·h/g,库伦效率为94.8%,循环50次一直稳定在300 mA·h/g左右,并且库伦效率一直稳定在90%以上,表现出优异的电化学性能。

锌镍单液流电池模块化系统管路设计优化

以2 k W锌镍单液流电池模块化系统为对象,基于单边和双边供液管路设计方案,搭建锌镍单液流电池储能单元模块化系统仿真分析模型,用Flowmaster仿真软件分别对不同泵、总管管径和支管管径进行对比优化,以实现流量、流速配平为目标,探讨控制球阀实现流量配平的方法。优选采用循环泵MP-20RX的双边供液系统为最佳方案,以提高泵的工作效率及管网系统的经济性、实用性和可行性。

锌镍单液流电池二维瞬态放电模型

[目的]为研究锌镍单液流电池在运行过程中的内部机理,[方法]以某公司第2代锌镍单液流电池为例,综合考虑动质量传递、电荷守恒以及反应动力学方程建立电池的二维瞬态模型,采用有限元法进行耦合计算并分析电池内部流场、浓度场的分布。通过与实验数据对比验证计算结果的可靠性,并在此基础上研究电解液流量和离子浓度的影响。[结果]结果表明:大流量加快了电化学反应,流量每增大(或减小)0.5倍,氢氧根离子浓度区间减小(或增大)36%~41%,锌离子浓度区间增大(或减小)6.5%~6.6%;增大流量使离子浓度分布趋于均匀,而改变初始离子浓度并不影响浓度分布均匀性;当氢氧根离子初始浓度提高22%时,电池放电电压平均增大27 mV,而较大的锌离子初始浓度则不利于提升电池放电性能。[结论]模型能较为准确地计算电池的放电性能,适用于锌镍单液流电池的机理研究。

海岛/海上独立光伏发电系统建模与仿真

基于独立光伏发电系统的基本组成,以某海岛光伏发电储能及海水淡化系统构成的新型集成式离网发电系统为研究目标,采用Matlab/Simulink对系统模块进行数值模拟,完善对集成系统中各个组成部分技术特点与合理匹配的要求。通过实例系统验证,完成10 k W光伏发电系统对光伏阵列、蓄电池容量和负载工况的配置选型,系统功率实现日常稳定输出和蓄电池储能备用,同时验证了实例的可行性和稳定性。

锌-镍单液流电池二维瞬态等温模型

综合考虑动质量传递、电荷守恒以及电极反应动力学,建立锌-镍单液流电池二维瞬态等温模型。与试验数据对比验证模型的准确性,在此基础上研究放电过程中电池内部流场和浓度场的分布和变化规律,进一步考察流速和离子浓度对放电性能的影响。研究结果表明:主流区流速较高,由对流控制传质过程,离子浓度分布均匀;多孔介质域和近壁面流速趋于0,由扩散控制传质过程,离子浓度梯度较大;浓度最大值在出口处的负极表面,需要更多地关注负极表面锌离子的浓度极化。提高锌离子浓度不利于提升电池放电性能,但是提高氢氧根离子浓度对提高放电电压效果明显;提高电解液流速或者改变离子初始浓度都不会影响总的放电时间。

碳包覆对水系磷酸钛钠电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了纳米级磷酸钛钠(NaTi_2(PO_4)_3),以聚乙烯醇为碳源对其进行碳包覆,研究了碳包覆量对NaTi_2(PO_4)_3/C负极在硫酸钠水溶液中电化学性能的影响。结果表明,合成的NaTi_2(PO_4)_3材料为纳米级晶粒聚集而成。碳包覆量3.6%的NaTi_2(PO_4)_3/C电极表面包覆得较为均匀,表现出最佳的电化学性能。在高达4 C的倍率下,基于钠离子嵌入/脱出的首次放电比容量达到119 m Ah/g,循环20次后容量未见明显衰减,受析氢副反应等影响库仑效率缓慢降低,这与碳包覆表面的破坏,NaTi_2(PO_4)_3在水溶液中的结构变化有关。

超大容量金属氢化物-镍电池的储能机遇

当前金属氢化物-镍(MH/Ni)电池在电力储能领域具备一定的优势,如进行差异化定位,可实现大型电力储能领域的拓展应用。MH/Ni电池具有安全性好、低温性能好及循环寿命长的优势,适用于电力储能领域,特别是高寒地区。MH/Ni电池大型化结构技术取得突破,开发超大容量MH/Ni电池,拓展储能领域的市场已成为现实。

支流道对锌镍单液流电池流场均匀性的影响

基于CFD技术建立锌镍单液流电池电堆流场的三维数学模型,分析了电堆在不同支流道宽度、长度和支流道数目下的流场分布规律.文中引入不均匀性指数,作为衡量流场分布均匀性的参考标准.研究结果表明:在支流道宽度为5.08mm,长度为150 mm,支流道数目为22时,流场分布更为均匀.所得结论对锌镍单液流电池支流道设计具有指导意义.

锌镍单液流电池离子传质极化分析

基于流动传质、电荷守恒以及涉及氢氧根离子、锌离子反应的反应动力学方程,建立锌镍单液流电池二维瞬态模型,研究离子浓度对电池传质极化的影响。与实验数据对比,验证模型的正确性,然后研究电池极化过程,着重考察离子进口浓度以及放电电流密度对电池负极极化过电位的影响。增大离子进口浓度,电极表面和溶液本体浓度趋同,传质极化减小,而高电流密度下,由于较高的传质阻力,传质极化严重,将导致更大的电压损失。

高温固相法合成水系富锂锰基Li_2Mn_(1-x)Co_xO_3

采用高温固相法合成水系锂离子电池用富锂锰基Li_2Mn_(1-x)Co_xO_3(x=0、0.1、0.5和0.9)正极材料。用SEM和XRD技术对材料进行物相分析,用循环伏安(CV)和恒流充放电(0.5 mA/cm^2、1.00~2.05 V)测试分析电池的电化学性能。掺入金属钴,不改变材料的基本结构;当钴含量x=0、0.1、0.5和0.9时,首次放电比容量分别为66.9 mAh/g、375.8 mAh/g、291.2 mAh/g和331.5 mAh/g,x=0.1的材料表现出最优的电化学性能,比容量可稳定在380 m Ah/g附近,库仑效率稳定在90%以上。

镓离子对流动锌酸钾溶液中锌沉积/溶解的影响

在流动的高浓度锌酸钾溶液中,研究氢氧化镓作为电解液添加剂对锌负极沉积/溶解行为的影响。利用SEM观察镀层表面的沉积形貌,发现向基础电解液中添加镓离子(Ga3+),可在锌沉积过程中细化晶粒,并增加晶体的生长密度。自放电测试结果表明:电池以10 m A/cm2充电150 m Ah,静置12 h时后,电解中加入0.1 mol/L镓离子的电池,库仑效率从基础溶液的59.9%提高到69.1%。向高浓度锌酸钾溶液中添加镓离子,可改善镀层表面的沉积形貌,并抑制锌镍单液流电池的自放电。

锌镍单液流电池正极Ni1-xMnx（OH）2倍率性能分析

采用缓冲溶液法制备Mn掺杂Ni1-xMnx(OH)2(x=0.1,0.2,0.3,0.4)。X射线衍射(XRD)测试表明x=0.1和0.2的样品主要是由β相组成;扫描电子显微镜(SEM)和氮气吸附-脱附测试表明掺杂Mn样品比不掺Mn的商用β-Ni(OH)2的颗粒更细小、多孔;恒流充放电测试表明,这种电极具有优良的高倍率性能,当x=0.2,电流密度800 mA·g^-1时放电比容量为288.8 mAh·g^-1,同等条件测试的商用β-Ni(OH)2放电比容量为198.7 mAh·g^-1,循环580圈后仍有276 mAh·g^-1的放电比容量,其衰减率为4.1%,而同等测试条件下的其它4种样品衰减率分别为46.1%(商用β-Ni(OH)2)、13.0%(x=0.1)、25.6%(x=0.3)、34.1%(x=0.4),可见这种Mn掺杂电极材料适合大电流密度充放电,能够改善镍电极的循环稳定性,降低镍电极成本。

锡酸钾对流动锌酸钾碱液中锌沉积/溶解的影响

研究了在流动的高浓度锌酸钾溶液中锡酸钾添加剂对锌负极沉积/溶解行为的影响.循环伏安测试结果表明,扫描速度为1 m V/s时,随着添加锡酸钾浓度的增加,阴极分支更早出现沉积,溶解峰的峰值逐渐减小;随着扫描速度的增加,这种规律变得不明显.利用SEM观测电沉积500 s的沉积物形貌发现,向基础溶液中添加锡酸钾有利于晶种的产生和晶粒的生长. EDS测试结果表明含锡酸钾的锌酸钾溶液中沉积层含有锌和锡.自放电测试结果表明,基础电解液加入锡酸钾后自放电现象得到了明显的改善,充满电静置12 h后加入0. 1 mol/L锡酸钾的电池放电库仑效率从基础溶液的60. 0%提高到81. 1%.

缓冲溶液法制备Al代α-Ni（OH）2的性能

采用缓冲溶液法制备Al代Ni1-xAlx(OH)2(x=0.10、0.14、0.18和0.22),研究Al含量对产物性能的影响。用XRD和SEM测试对材料进行物相分析,循环伏安和恒流充放电测试(1.2~2.2 V)分析锌镍单液流电池的电化学性能。当电流为100 m A/g时,x=0.18的样品的放电比容量最高,为303.1 mAh/g,其他4种样品分别为247 mAh/g[市售β-Ni(OH)2]、250.9 mAh/g(x=0.10)、280.2 mAh/g(x=0.14)和292.2 mAh/g(x=0.22);增加电流至800 mA/g,循环150次,容量衰减率分别为27.1%[市售β-Ni(OH)2]、15.8%(x=0.10)、7.1%(x=0.14)、9.1%(x=0.18)和26.0%(x=0.22)。

基材对锌镍单液流电池锌负极的影响

采用循环伏安、阻抗和恒流充放电等方法,分析锰白铜带、不锈钢带、铜带和镀镍钢带等锌电极基材对锌电极沉积/溶解的影响。各基材沉积电流急剧增高时的电位差别不大,但铜带和镀镍钢带上锌开始沉积的电位高、沉积反应更早发生。镀镍钢带电极的形式电位E 0较小,为-1.422 V,腐蚀反应和析氢反应得到缓解;镀镍钢带和铜带电极在不同电流密度下恒流充放电时,均有更高的库仑效率;镀镍钢带电极的反应电阻只有0.107Ω,更接近锌本身的阻抗。以20 mA/cm 2充电至160 mAh静置24 h,镀镍钢带和铜带为基材的电池的剩余容量较高。镀镍钢带更适合用作基材,可能源于锌沉积的形貌最平整,结合力较大,晶粒之间的间隙也最小。