高镍三元/硅氧碳软包电池在不同温度下的日历老化机制

由于电动汽车在大多数时间处于非工作状态,因此电池搁置期间的日历老化会对电池的寿命产生显著影响。高温加速实验是快速评价电池日历寿命的常用方法,为了获得可靠的高温加速老化实验结果,需要对不同温度条件下的电池衰减机理进行研究。以高镍三元/硅氧碳软包电池为研究对象,基于无损的电化学微分曲线分析和电池拆解验证,研究不同搁置温度对高镍/硅氧碳电池日历老化性能及老化机制的影响。结果表明：随着搁置温度的升高,电池老化速度逐渐加快,表现为容量加速衰减和直流内阻大幅增加。无损分析结果表明：活性锂损失和正极活性物质损失是电池日历老化的主要影响因素,随着温度升高,电池的活性锂损失程度和正极活性物质损失程度都有所增加,负极老化情况基本保持不变;进一步结合拆解验证结果表明：55℃下的高温搁置加速了正极材料性能的衰退,高温下正极NCM811材料颗粒出现内部裂纹和粉化,不宜作为电池搁置期间加速老化实验的加速因子。     

高镍三元锂离子电池低温放电性能研究进展EI北大核心CSCD

随着新能源汽车产业的迅速发展,消费者对电动汽车续航里程的要求不断提高。高镍三元锂离子电池因其比能量高成为电动汽车中最具应用前景的动力电池,但该电池体系依然面临着低温性能差的问题。本文综述近年来高镍三元锂离子电池低温性能的研究进展,重点总结高镍三元锂离子电池低温性能的影响因素,一方面从热力学角度分析低温下高镍三元正极材料和石墨负极材料的结构变化、电解液相态和溶剂化结构变化以及黏结剂玻璃化转变对电池低温性能的影响;另一方面从动力学角度分析高镍三元电池低温放电过程中的速率控制步骤。归纳目前高镍三元锂离子电池低温性能的主要改善措施,其中低温电解液的设计包括优化溶剂、改善锂盐及使用新型添加剂三个方面,对电极材料低温性能的改善主要是通过体相掺杂、表面包覆及材料颗粒粒径降低的方式。总结电池中低温性能研究中存在的对电池低温热力学特性研究不够明确、对电池低温动力学过程研究方式单一以及对电池中的反应顺序存在的影响认识不足等问题。     

高导热碳/碳复合材料微观结构及导热性能EI北大核心CSCD

采用国产沥青基碳纤维与中间相沥青制备多孔碳/碳(C/C)复合材料,通过化学气相渗透法(CVI)与前驱体浸渍裂解法(PIP)复合工艺增密,经不同温度高温热处理(HTT)后制备单向C/C复合材料和两向正交C/C复合材料。利用SEM,XRD对不同温度热处理的材料进行微观结构分析,并结合导热机理,分析材料导热性能。结果表明:2300℃热处理后,高导热C/C复合材料结构致密,单向C/C复合材料X向(平行于碳纤维轴向)、两向正交C/C复合材料X向、Y向表现出优异的导热性能;3000℃热处理后,C/C复合材料石墨片层结构明显,石墨化度提高了18.84%,微晶尺寸增大,导热性能进一步提高。两向正交C/C复合材料X向、Y向导热系数可由单向C/C复合材料X向、Z向导热系数计算推导。     

锂离子电池多孔硅/碳复合负极材料的研究

以商业化多晶硅粉为原料, 采用金属银催化剂诱导化学腐蚀的方法制得三维多孔硅材料。通过优化腐蚀条件, 得到孔径约为130 nm, 比表面为4.85 m²/g的多孔硅材料。将多孔硅和PAN溶液混合球磨并经高温烧结后在多孔硅表面包覆上一层致密的无定形碳膜, 从而制得多孔硅/碳复合材料作为锂离子电池的负极材料。3D多孔硅结构可以缓解电化学嵌/脱锂过程中材料的体积效应, 无定形碳膜层可有效改善复合材料的导电性能。电化学性能测试表明, 该多孔硅/碳复合负极材料电池在0.4 A/g的恒电流下, 首次放电容量3345 mAh/g, 首次循环库伦效率85.8%, 循环55次后容量仍保持有1645 mAh/g。并且在4 A/g的倍率下, 容量仍维持有1174 mAh/g。该方法原料成本低廉, 可规模化生产。     

碳纳米材料构建高性能锂离子和锂硫电池研究进展EI北大核心CSCD

碳作为单一元素可形成像零维碳纳米球、一维碳纳米管、二维石墨烯等多种碳纳米结构,它们在锂离子和锂硫电池中的表现也有所不同。需要阐明的是,碳纳米管和石墨烯由于具有以下缺点不适合直接作为锂离子或锂硫电池电极材料:(1)第一次不可逆容量大,首次充放电效率低;(2)在充放电曲线中电压滞后现象严重;(3)缺少稳定的电压平台;(4)容量衰减快。科学家们一直在为获得具有更高能量密度和更广阔应用前景的锂离子电池和锂硫电池而努力,由于可充电电池的性能主要取决于阴极和阳极的性能,因此,设计先进的电极材料以及制备具有特定成分和结构的电极成为近年来的研究热点。本文综述了碳纳米材料在构建高性能锂离子、锂硫电池电极材料和特定电极方面的作用。首先,从促进电子和离子传输、固定多硫化物位置以及缓冲体积膨胀三个方面讨论了碳纳米材料在修饰电活性材料的作用;其次,从作为导电添加剂、电流集流体和导电中间层三个方面讨论了碳纳米材料在最优化非活性组分的作用;然后,从作为非导电基体上的导电相、柔性电流集流体和自支撑复合电极三个方面讨论了碳纳米材料在柔性电池设计的作用。最后,本文对碳纳米材料的未来发展趋势作了概述,兼具多种功能的碳纳米材料被认为是今后的研究重点。     

量子点/碳复合材料在碱金属离子电池的应用进展EI北大核心

碱金属离子电池作为可充电电池,是目前重要的储能设备之一。它凭借能量密度大、工作电压高、无“记忆效应”、自放电小、绿色无污染等优点在近些年来受到人们的广泛关注。电极材料是影响碱金属离子电池电化学性能的重要因素之一,因此,寻求比容量高、结构稳定的电极材料是推动碱金属离子电池发展的关键。量子点/碳复合材料(QDs/C)集合量子点与碳材料的优势,是碱金属离子电池优异的候选电极材料。本文首先对量子点进行简要介绍,然后分别综述单质量子点/碳复合材料、化合物量子点/碳复合材料及异质结构量子点/碳复合材料在碱金属离子电池中的应用进展。最后,分析量子点/碳复合材料作为碱金属离子电池电极材料的优势与不足,针对目前存在的问题提出了未来发展的方向:(1)探索新型方法,解决量子点及其复合材料的团聚问题;(2)研究SEI膜的结构性能等,解决首次库仑效率偏低的问题;(3)明确反应机理,获取更优异的电化学性能。     

全硅氧键硅单体对苯丙乳液聚合稳定性及性能的影响EI北大核心CSCD

利用全硅氧键硅单体与丙烯酸酯、苯乙烯进行乳液共聚,一直是直接制取纳米二氧化硅苯丙复合乳液的理想方法,但因硅氧键水解速度快于丙烯酸酯与苯乙烯的自由基聚合速度,故存在聚合稳定性差的问题。文中先以正硅酸四甲酯、环己醇和甲基丙烯酸羟乙酯为原料,正己烷为甲醇共沸剂,通过两步酯交换反应,制得了不同疏水性的全硅氧键乙烯基不饱和硅单体;然后以其为功能单体,经乳液聚合制得可在成膜过程中就地生成纳米二氧化硅的复合苯丙乳液。通过气相色谱-质谱联用技术,分析了酯交换产物中的主要组分;用透射电子显微镜、X射线衍射、Zeta电位及激光粒度测试、铅笔划痕硬度对乳液及乳胶膜进行了表征。结果表明,硅单体加入量在30%(质量分数)时,乳液聚合仍有很好的稳定性;乳胶粒粒径分布较窄,粒径约100 nm;乳胶膜中存在纳米二氧化硅晶体,膜硬度达H级。     

基于工业化碳材料的锂氟化碳电池正极材料制备及性能EI北大核心CSCD

为实现锂氟化碳电池在更多领域的普遍应用,以工业化碳材料(活性炭、球形石墨、膨胀石墨和工业石墨烯)为碳源,制备了四种氟化碳正极材料。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FTIR)、X射线能谱(XPS)、氮气吸脱附以及电化学测试等表征手段对材料的微观形貌、晶体结构、化学结构和电化学性能进行了系统的研究。研究表明:氟化工业石墨烯具有完全的单氟化碳结构、高比表面积以及稳定的碳结构,在20 mA·g^(-1)的放电电流下可以实现高达945.4 mAh·g^(-1)的比容量;氟化活性炭具有较多的半共价C-F键,其起始放电电压最高,但是由于其结构稳定性较差,电压平台快速下降,导致整体比容量较低;氟化膨胀石墨和氟化球形石墨与氟化工业石墨烯结构类似,但是由于高氟化碳原子(CF_(2)和CF_(3))的存在,其放电比容量要低于氟化工业石墨烯。不过在高放电电流密度下,氟化膨胀石墨、氟化球形石墨和氟化工业石墨烯的能量密度十分接近,因此,基于氟化膨胀石墨和氟化球形石墨的成本优势,氟化膨胀石墨和氟化球形石墨更适合于高功率应用场景。     

固态电池中的正极/电解质界面性质研究进展EI北大核心CSCD

锂离子电池是便携式电子产品、电动汽车和智能电网的理想电源。目前使用有机液体电解质的锂离子电池仍然存在安全问题和寿命不足的问题,而使用不燃的固态电解质的固态电池有望解决这些问题。从原理上讲,不燃的固体电解质可以从根本上防止电池的燃烧和爆炸,并且只允许锂离子在固体电解质中传输,可以减少副反应的发生。近年来,随着几种高离子电导率的固态电解质的出现,锂离子在固态电解质中的传输不再是瓶颈。然而,固态电池中各种固态成分具有不同的化学/物理/力学性能,因此在固态电池中存在多种类型的界面,包括松散的物理接触、晶界、化学和电化学反应界面等,这些都可能增加界面离子传输阻力。而正极材料与电解质之间的界面反应尤其复杂,深入理解这些复杂的正极侧界面及其反应特点是实现实用高比能固态电池的必要条件。因此,本文主要回顾了近年来在探索和理解正极/电解质界面上的工作,总结了固态电池中典型的正极侧界面类型及其各自独特的反应特征。     

新离子型添加剂对高镍锂离子电池性能影响研究

研究了一种新离子型负极成膜添加剂2D对NMC811/石墨电池性能的影响,并与当前最常用商业化负极成膜添加剂VC进行对比试验。微分容量dQ/dV显示2D先于EC和VC在2.1 V左右还原,在石墨负极形成较稳定的SEI膜,交流阻抗结果表明含2D成膜阻抗明显低于VC;含2D、VC、2D和VC复合电解液的NMC811/石墨电池的倍率循环、高温存储和高温循环等测试结果表明,含2D电解液电池的石墨负极钝化膜更加稳定,有效提升锂离子电池的循环、存储和倍率性能,60℃存储含2D电池的电压和电阻变化较小,高温循环200周后,不含2D添加剂电池容量损失达15%,含2D电池容量保持率在92%以上。     

前处理对高体积分数SiC_p/Al复合材料化学镀镍的影响

对高体积分数SiCp/Al复合材料进行前处理,再化学镀镍。研究了除油、粗化、活化对SiCp/Al复合材料化学镀镍的影响。分析了镀镍层的显微组织。结果表明,有机溶剂除油比碱液除油效果好。H2O2系粗化比HF系粗化更为适宜。在由醋酸镍、次亚磷酸钠和乙醇组成的活化剂中室温浸润,然后160℃温度下热还原30min,化学镀镍镀速较高。前处理后在SiCp/Al复合材料表面化学镀镍可沉积上致密、均匀、结合良好的镀镍层。     

基于主余震序列的高拱坝极限抗震能力损失研究EI北大核心CSCD

目前,高拱坝的抗震安全性分析中仅考虑单独主震的作用,而忽略地震中可能伴随发生的多次余震,对高拱坝在主余震序列作用下的动力响应规律尚缺乏充分认识。以大岗山拱坝为例,建立了综合考虑坝体损伤非线性、横缝开合以及半无限地基辐射阻尼效应的拱坝-库水-地基有限元分析模型,并基于耐震时程法(ETA)构建主震-ETA余震序列进行高拱坝非线性动力分析。研究结果表明:ETA的计算结果与增量动力分析法(IDA)具有可比性;高拱坝的极限抗震能力在主震受损情况下将发生损失,且随主震强度增大而损失增加。最后,基于主震-ETA余震序列计算结果给出了大岗山拱坝的极限抗震能力损失曲线。     

150万m~3/d液化天然气工厂技术分析

2004年我国建成投运了目前国内规模最大的基本负荷型液化天然气(LNG)工厂,文章对该工厂的天然气预处理、天然气液化、液化天然气储存和液化天然气配送系统工艺流程进行了技术分析。     

Magneto-structural analysis of the fermilab TQC Nb3Sn high gradient quadrupole end region

The Fermilab TQC magnets are Nb₃Sn technological quadrupoles based on the collar-yoke-skin mechanical structure. These magnets, with an aperture of 90 mm, have a design gradient in excess of 200 T/m. In operation the conductor is subjected to forces which tend to pull it away from the poles and endparts to which it is bonded. Given the implications of bond failure for quench initiation, it is of interest to simulate the behavior of these interfaces. The ANSYS general purpose finite element program is used to perform both the magnetic and structural analyses. Interface elements between bonded parts are monitored during assembly, cool down, and excitation, and the birth–death capability of the program is applied to remove from the solution those portions of the interface which experience a tensile stress in excess of a presumed bond failure stress. The cracking of previously bonded interfaces can be tracked graphically over the range of operation. Emphasis will be placed on the details of the magnetic simulation, the implementation of various interface conditions, and the effects (and shortcomings) of material property models.     

In Situ Activation of 3D Porous Bi/Carbon Architectures: Toward High‐Energy and Stable Nickel–Bismuth Batteries

To achieve high‐energy and stable aqueous rechargeable batteries, state‐of‐the art of anode materials are needed. Bismuth (Bi) has recently emerged as an attractive anode material due to its highly reversible redox reaction and suitable negative operating working window. However, the capacity and durability of currently reported Bi anodes are still far from satisfactory. Here, an in situ activation strategy is reported to prepare a 3D porous high‐density Bi nanoparticles/carbon architecture (P–Bi–C) as an efficient anode for nickel–bismuth batteries. Taking advantages of the fast channels for charge transfer and ion diffusion, enhanced wettability, and accessible surface area, the highly loaded P–Bi–C electrode delivers a remarkable capacity of 2.11 mA h cm^?2 as well as high rate capability (1.19 mA h cm^?2 at 120 mA cm^?2). To highlight, a robust aqueous rechargeable Ni//Bi battery based on the P–Bi–C anode is first constructed, achieving decent capacity (141 mA h g^?1), impressive durability (94% capacity retention after 5000 cycles), and admirable energy density (16.9 mW h cm^?3). This work paves the way for designing superfast nickel–bismuth batteries with high energy and long‐life and may inspire new development for aqueous rechargeable batteries.     

SiC_W含量对SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷力学及高温微波性能影响

以α-Si_3N_4粉、β-SiC_W为原料,Al_2O_3、Y_2O_3为烧结助剂,采用凝胶注模工艺制备了SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷材料,烧结温度为1 650℃,保温1.5h。研究了SiC_W加入含量对SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷的微观结构、力学及常温/高温微波吸收性能的影响。结果表明:随着SiC_W含量的增加,SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性都有先増后减的趋势,当含量为10wt%时,抗弯强度达到最大值505MPa,断裂韧性达9.515MPa·m1/2。常温介电常数在SiC_W含量为10wt%时,实部达最大值12,在12GHz最大吸收值为-21dB。高温介电常数随着SiC_W含量的增加有先增后减的趋势,在含量为10wt%时,实部达到最大值12.5。相比于纯Si_3N_4陶瓷,当SiC_W含量为10wt%时,SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷在11.7GHz左右最大吸收可达-27dB,有效吸收频带(小于-5dB)为11.2~12.3GHz。     

Extended conditions of application of DIN EN 1996‐3/NA for high walls

According to Eurocode 6, unreinforced masonry walls can be designed using different verification methods, whereby the simplified calculation methods are contained in Part 3 of DIN EN 1996 [1]. If the associated application limits and boundary conditions are fulfilled, a large part of the usual problems occurring in masonry construction can be dealt with without great effort. A limiting condition for the application of the simplified calculation methods is a maximum clear wall height of h = 2.75 m or h = 12 ? t. Changes in user requirements for modern buildings with masonry walls nowadays often require greater wall heights, wherefore a verification according to the general rules from DIN EN 1996‐1‐1/NA [2] is necessary. This means a considerably higher effort for the structural engineer. A considerable amount of calculations was done to verify whether the results of the simplified calculation methods are also valid for greater wall heights. The results were transferred into a consistent standardization proposal with regard to extended application limits of DIN EN 1996‐3/NA, which is contained in a new draft Amendment A3 for the National Application Document for Germany.     

含孔和切口C/C编织复合材料静态拉伸下的力学性能

通过对中心开孔、双边半圆切口和双边V型切口三种结构的静态拉伸测试及有限元模拟分析,比较了不同开孔/切口形式C/C编织复合材料的破坏行为.结果表明:三种开孔/切口形式的C/C试件在拉伸破坏中均表现为较强线性的应力-应变关系,且开孔/切口附近有明显的应力集中;板宽不变时,缺口强度对开孔/切口尺寸不敏感,而对其端部的曲率半径较敏感;孔端部材料不满足线弹性的破坏机制,发生了大规模的应力松弛,其尺寸随开孔/切口曲率半径的增大而增大,而对开孔/切口位置不敏感.     

超声化学原位合成纳米Al_2O_3/6063Al复合材料组织及高温蠕变性能

为研究纳米颗粒增强铝基复合材料的高温蠕变特性,基于6063Al-Al2(SO4)3体系,采用超声化学原位合成技术,制备出不同Al2O3体积分数(5%、7%)的纳米Al2O3/6063Al复合材料,通过高温蠕变拉伸试验测试其高温蠕变性能,利用XRD、OM、SEM及TEM分析其微观形貌。结果表明:施加高能超声可显著细化增强体颗粒并提高其分布的均匀性,所生成的Al2O3增强颗粒以圆形或近六边形为主,尺寸为20~100nm;纳米Al2O3/6063Al复合材料的名义应力指数、表观激活能和门槛应力值与基体相比大幅提高,均随着增强体体积分数的增加而提高,表明纳米Al2O3/6063Al复合材料的抗蠕变性能提高;纳米Al2O3/6063Al复合材料的真应力指数为8,说明复合材料蠕变机制符合微结构不变模型,即受基体晶格扩散的控制;纳米Al2O3/6063Al复合材料的高温蠕变断口特征以脆性断裂为主,高应力下形成穿晶断裂,低应力下形成沿晶断裂和晶界孔洞;纳米Al2O3/6063Al复合材料的主要强化机制为位错强化与弥散强化。