用PVD方法沉积硬膜技术的新进展

本文叙述用PVD方法沉积硬膜技术的现状及其重要意义。重点介绍了近两年来国际上的最新进展,包括多元混合相、过渡层及复合膜层等概念的提出。对国内PVD沉积硬膜技术的发展谈了一点看法。     

REBCO高温超导带材缓冲层的结构及制备方法

二代高温超导(REBCO)带材是材料学领域重点发展的方向之一,其发展程度将直接影响超导技术的应用程度。缓冲层作为REBCO超导带材的重要组成部分,其质量将直接影响超导带材的性能。本文在国内外相关文献的基础上,介绍了常见的缓冲层材料及性能,并对主流制备方法进行了介绍,重点阐述了离子束辅助沉积法(IBAD)、倾斜基底沉积技术(ISD)、表面氧化外延(SOE)、脉冲激光沉积法(PLD)、溅射法(Sputtering)、金属有机物沉积法(MOD)和蒸发法(Evaporation)带材及薄膜,最后指出了REBCO超导带材用缓冲层未来的发展方向。     

基于Protel的DBD微流注形成分析

介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)是一种有效产生非平衡等离子体的方法,微流注是DBD的主要表现形式,而目前针对DBD微流注形成过程的研究虽然很多,但关于微流注沉积电荷层分散电容对微流注形成过程影响的研究却未见报道。为此,基于Protel模拟方法,建立了一种新的DBD等效电路模型模拟DBD单个微流注进行模拟并验证其放电参量;在此基础上分析了沉积电荷层对于微流注的影响,计算了沉积电荷层电容的大小,以及在此实验条件下沉积电荷层的面积。模拟显示,在激励电压幅值为5kV、激励频率为6kHz的正弦波,放电气隙宽度为1mm时,形成微流注的分散电容值为0.13pF,在电介质层相对介电常数为10时,计算得电介质层的沉积电荷层直径为1.09mm,与实验测量结果一致。     

丹麦研发打印燃料电池技术

正近日,丹麦科技大学的研究人员将一部传统的HP打印机改装成为一个可打印固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质膜的打印设备。它完全由传统打印机改装而成,能完成电解质层喷涂甚至陶瓷层的打印,单层打印厚度可达1.2微米。燃料电池电解质膜的制备方法有化学沉积法(CVD)、脉冲激光沉积(PLD)、喷涂法     

扩散层形态对质子交换膜燃料电池性能的影响

研究了扩散层中过渡层所用碳粉的性质和担载量对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。采用扫描电镜对以AcetyleneBlack、VulcanXC-72、KetjenBlackEC300J和BlackPearls2000四种碳粉制备的扩散层表面形态进行了表征,并分别在1.40mg/cm2和1.00mg/cm2碳粉担量下比较了由这四种碳粉制备的扩散层的电极性能。在以AcetyleneBlack为过渡层碳粉材料时优化了碳粉的担量。实验结果表明随过渡层中所用碳粉比表面积的降低电极性能增加;过渡层中碳粉担量存在一个最佳值;担量为1.00mg/cm2的AcetyleneBlack制备扩散层的电极性能最好,最高比功率可达0.75W/cm2。     

Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2锂离子电池常温失效机理

研究Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2锂离子电池常温循环失效机理.对比电池循环前、中、后期的电化学阻抗谱、充放电曲线、材料结构及颗粒形貌,得出失效原因为:电荷转移阻抗增加,正极二次颗粒破碎导致内部微裂纹产生,以及过渡金属元素溶出并在负极沉积.控制正极体积的变化,减少内部微裂纹的产生,并阻止过渡金属元素的溶出与沉积,可延长电池的寿命.     

SPE水电解池氧电极研究

氧电极是固体聚合物电解质(SPE)水电解池(WE)的控制电极,其中扩散层、催化剂的性能将直接影响电解池性能的高低。采用热分解、酸浸蚀、电沉积方法,对钛氧电极扩散层基体进行表面改性研究;探讨了氧电极催化剂对WE极化性能的影响;同时考察了温度、氧电极扩散层对WE性能的影响。结果表明:电沉积法处理钛氧电极扩散层可以使电阻降低,并且在大气中搁置电阻也不会增加;IrO2-RuO2氧电极复合催化剂具有最佳的催化活性;随着电解温度升高,电解电压下降;以电沉积法处理的钛网为氧电极扩散层时,WE性能得到明显提高,在常压、70℃条件下,电解电压为1.65V时,电流密度大于1A/cm2。     

垢层动态膜阻对换流阀冷却系统内均压电极动态沉积特性影响机理研究

换流阀内冷却系统发生的故障绝大多数直接或间接由内部均压电极沉积结垢导致，占比在70%以上，均压电极沉积结垢问题已成为影响整个直流输电系统的安全稳定运行的重要因素。该文建立了换流阀单个阀段内冷却系统的电场、流场、传质场三维仿真模型，引入垢层动态膜阻模型，与实际换流站的均压电极垢层厚度对比，确定了等效电导率，验证了方法的准确性。分析了垢层的动态生长规律、垢质沉积质量、垢层厚度和沉积速率，给出了相应拟合公式，确定了沉积质量、垢层平均厚度和沉积速率时间常数。沉积质量和垢层平均厚度时间常数均为1111天，极限沉积质量为377 mg，极限垢层平均厚度为1.03 mm。该文的研究成果为换流阀均压电极的垢层预测和检修除垢工作提供了可靠依据。     

NiFe/Cu多层膜的结构与层间耦合效应

用直流磁控溅射方法在玻璃基片上制备了[Ni_(80)Fe_(20)/Cu]_(20)多层膜,其中采用了靶表磁场强度不同的靶腔沉积铜层,利用X射线衍射和振动样品磁强计对Cu(100nm)/[Ni_(80)Fe_(20)(0.9nm)/Cu(tCu)]_(20)两个系列样品的结构和磁性进行了表征。靶表磁场较弱时沉积的多层膜具有良好的层间耦合振荡行为,而靶表磁场较强时制备的多层膜没有出现反铁磁耦合。依据上述事实,我们推测靶表磁场强度的不同会影响Ni Fe/Cu界面扩散,进而对多层膜样品的磁性产生影响。用靶表磁场较弱的靶腔沉积中间层铜能够有效减小界面互溶程度,改善镍铁与铜的成层质量。而靶表磁场较强的靶腔溅射出的铜原子具有较高能量,在界面处扩散并与镍铁层互溶,破坏了层状结构。     

均压电极垢层电沉积模型分析与应用

换流阀是高压直流输电系统中的核心设备,阀冷系统用于阀体组件的散热,而阀冷系统散热器腐蚀和均压电极结垢将导致换流阀运行故障,因此研究阀冷系统的腐蚀和结垢特性,对保障换流站安全可靠运行尤其重要。基于散热器腐蚀和垢层的沉积机理,应用有限元方法,建立了考虑电极表面沉积反应、物质传递过程的均压电极垢层沉积模型,所建模型能够模拟垢层生长过程、分析电极表面附近电场以及腐蚀离子浓度分布。基于该模型分析了电极表面垢层的沉积行为特性、电极表面的垢层分布,讨论了不同电压等级对垢层厚度的影响,得到垢层主要分布在高电位电极、电极尖端垢层量远大于电极平行位置以及电压等级升高,垢层厚度明显增大的仿真结果。结合实际换流站阀冷系统的运行数据和电极结垢形貌,验证了垢层沉积模型的有效性。     

正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的表面包覆改性研究

采用共沉淀结合固相反应方法合成了富锂的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料,并分别以CeO2和AlF3对这种材料进行了表面包覆改性。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、透射电子显微镜法(TEM)等方法表征材料的结构和形貌。所合成的球形Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2材料为层状晶体结构。AlF3可以均匀包覆在Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2材料表面,包覆层厚度约为2 nm。AlF3包覆后富锂材料的电化学性能提升效果优于CeO2。AlF3包覆量为1%时,该富锂三元氧化物正极材料的首次充放电效率、容量保持率及倍率性能得到了显著的提高。EIS分析表明,AlF3包覆可避免富锂三元氧化物正极材料与电解液的直接接触,降低了传荷阻抗,从而有效提高了材料的电化学性能。     

聚合物电解质与锂电极界面的阻抗谱分析

研究了聚合物电解质/锂金属界面的阻抗谱的特点,与液态电解质体系相结合建立了合理的而且具有普适性等效电路。利用等效电路对Li/GPE/Li模拟电池的阻抗谱进行了拟合,确定了阻抗谱的中频圆弧对应的界面阻抗中要是电荷转移阻抗,钝化膜阻抗为几个欧姆数量级。分析了锂金属表面钝化膜的生长对界面电荷转移阻抗和扩散阻的影响。     

熔融碳酸盐燃料电池阴极的研究进展

综述了熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)多孔阴极结构及其新材料的研究进展 ,介绍了多种能够有效改善阴极稳定性、延长MCFC寿命的新技术。以Li Na碳酸盐电解质代替传统的Li K体系或用碱土元素对NiO阴极进行改性 ,能够显著降低镍在电解质中的溶解性。所开发的LiCoO2 和LiFeO2 LiCoO2 NiO复合物等新型阴极材料具有与NiO相当的电化学活性而较低的溶解性。作为一种新型结构技术 ,在阴极和电解质隔膜之间或在电解质隔膜中 ,设置一层金属膜 ,能够有效阻断阴极溶解组分向阳极的扩散 ,避免电池内部短路危险 ,延长电池寿命     

三元层状正极材料的电化学性能影响因素研究

三元层状正极材料是非常有应用前景的动力型电池正极材料,而其电化学性能还有待于进一步提高。研究了正极片厚度、隔膜类型、电解液组成和负极表面变化等因素对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2(NCM111)材料电化学性能的影响。研究发现随着正极极片厚度的增加,电池在循环过程中容量衰减严重;相比于聚丙烯(PP)隔膜,聚酰亚胺(PI)隔膜由于具有更好的浸润性,提高了电池的放电容量;电解液中低粘度链状碳酸二乙酯(DEC)的含量对电极相容性和正极材料中过渡金属离子溶解都有较大影响;负极表面锂枝晶的形成降低了电池的循环性能。     

锂离子电池过充保护添加剂shuttle的研究

通过在锂离子电池电解液中添加2,5-二叔丁基-1,4-二甲氧基苯(2,5-diterbutyl-1,4-dimethoxybenzene,简称shuttle)来提高电池的过充保护能力。对磷酸铁锂电池分别进行了循环伏安扫描、常温循环寿命、过充后循环、交流阻抗测试,实验结果表明,在1 mol/L LiPF6/(EC+DEC+EMC)(1∶1∶1)+1%VC电解液中添加2%(质量分数)shuttle,当电压为3.81 V(相对于Li/Li+)时,shuttle开始发生氧化反应,烷氧基发生氧化离解,消耗电池内部过充的电量,提高了锂离子电池的安全性。此外,添加2%(质量分数)shuttle后电池循环性能有所提高,循环180次后,容量保持率从91.60%提高至94.70%。     

二氟磷酸锂对MCMB负极性能的影响

采用恒流充放电、电化学阻抗谱(EIS)、SEM及X射线光电子能谱(XPS)等方法,研究无机锂盐二氟磷酸锂(LiPO2F2)对锂离子电池负极材料中间相碳微球(MCMB)性能的影响。当电解液中LiPO2F2的含量为1.0%时,MCMB/Li电池在1.50~0.01 V以0.2 C放电、1.0 C充电循环100次,容量保持率为96.9%,比未添加LiPO2F2电解液的电池提高了22.0%。主要原因是LiPO2F2的加入有利于电极表面形成更稳定、致密的固体电解质相界面(SEI)膜,降低电极界面阻抗。     

Li/FeS2电池放电性能的研究

对Li/FeS2电池进行了研制,得到了生产工艺和技术参数.研究了改善Li/FeS2电池放电性能的两种方法:一是在正极中加入活性物质添加剂;二是增加电解液中无机盐成分.结果表明:在正极中加入金属单质和氧化物以及增加电解液中无机盐含量,Li/FeS2电池的放电容量和放电平台都有显著改善.综合不同放电制度的测试结果,最佳添加剂用量为金属单质0.5%、氧化物3%、无机盐0.4%.     

金属锂电极/聚合物电解质界面相容性研究进展

对聚合物电解质(PE)的研究主要包括两个方面:第一,在保持聚合物电解质机械强度的前提下提高其室温离子迁移性(包括离子电导率和锂离子迁移数);第二,改善聚合物电解质与电极,特别是与锂电极的界面相容性,即在降低锂电极/聚合物电解质(Li/PE)初始界面阻抗的同时增强其界面稳定性。改善Li/PE界面相容性对于锂聚合物蓄电池的商业化具有重要意义。综述了Li/PE界面研究特点及Li/PE界面研究的最新进展。     

Acceptor-doped ceria deposited on a porous Ni film as a possible micro-SOFC electrolyte

Micro-SOFCs, miniaturized solid oxide fuel cells (SOFCs) for low temperature operation, are being developed as a power source for portable electronics. Reducing the thickness of the electrolyte and the adoption of acceptor-doped ceria as an electrolyte material are important to minimize the Ohmic resistance at low temperature. Acceptor-doped ceria thin-films are often deposited on nano-porous metal substrates to reduce cracking of the thin electrolyte. However, due to the difficulty of depositing a pore-free electrolyte on a porous medium, the cells often show the low open circuit voltages (OCVs). In this study, we have deposited ～1 μm-thick Gd-doped ceria on a nano-porous nickel film to assess whether a thin-film, metal-supported GDC can be deposited as a pore-free layer and would thus be suitable as an electrolyte of micro-SOFCs. The Ni-supported GDC cell showed an OCV of ～0.92 V at 450 °C under a hydrogen/air gradient. The high OCV verifies that the thin-electrolyte layer, deposited on porous Ni using the pulsed laser deposition (PLD) method, is dense enough to prevent gas leakage as also observed in its microstructure.     

Improvement of the thermal and chemical stability of Al doped ZnO films

To improve the stability of sputter-deposited ZnO:Al (AZO) films at high temperature above 300^∘C, an amorphous Zn-Sn-O (ZTO) film was deposited on the top of AZO films as an protective layer by co-sputtering of pure ZnO and SnO₂ targets. Amorphous ZTO films had resistivity in the range from 10⁻² to 10⁻³ Ωcm and were stable up to temperature of 400^∘C. Heat treatments of bare AZO films in the atmosphere at 400^∘C resulted in a dramatic increase in the resistivity accompanied by substantial decrease in carrier concentration and Hall mobility. The AZO films covered with the ZTO film showed remarkable improvement in thermal stability for subsequent heat treatments in the temperature range from 200 to 400^∘C in the atmosphere as well as chemical stability in weak acidic solution. X-ray photoelectron spectroscopy analysis showed that the improvement was attained by ZTO layer acting as diffusion barrier of oxygens and/or water vapors.