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张凯研究员&陈军院士EES综述：宽温域锂电池设计宝典（图）
宽温域锂电池 锂电池设计 电解液 电极材料
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2022/5/11
近日，来自南开大学的张凯研究员和陈军院士，在国际知名期刊Energy & Environmental Science上发表题为“Challenges and Advances for Wide-Temperature Rechargeable Lithium Batteries”的综述文章。综述全面讨论了锂电池在极端温度下的失效机理和主要挑战，分别对低温区、高温区以及全天候锂电池的最新研究进展进行...
电解液中的锂离子浓度表达是锂离子电池电化学模型求解的基本任务之一。为了平衡单粒子模型的液相动态性能和计算效率，假设反应仅发生在集电极和电解质界面上，为此，提出一种基于液相扩散方程无穷级数解析解的界面浓度求解新方法。在恒流工况下，利用数列单调收敛准则将解析解转化为一个收敛和函数。在动态工况下，将该解析解简化为输入与和函数的无限离散卷积。利用和函数随时间单调衰减并收敛至零的特性对其进行截断，从而得到有...
陶占良课题组Angew: 有序通道结构的邻醌基共价有机骨架用于超高性能水系锌电池有机正极（图）
有序通道结构 邻醌基共价有机骨架 水系锌电池 有机框架化合物
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2022/5/11
设计合成了一种基于邻位醌的新型共价有机框架化合物（BT-PTO COF）作为水系锌离子电池正极材料；该材料具有有序孔道结构利于离子传输，其Zn2+、H+的共嵌行为贡献出225 mAh g-1（电流密度1 A g-1）的比容量和超稳定的循环性能（10000圈容量保持率98%）；同时，氧化还原赝电容行为使其表现出出色的倍率性能。
基于电化学老化衰退模型的锂离子动力电池外特性
锂离子电池 机理模型 偏差补偿 参数辨识
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2022/3/18
当前锂离子动力电池电化学模型存在模型复杂、建模难度大、计算效率低、老化评估效果差的问题，本文提出一种考虑电池衰退老化的机理模型（ADME）。本文首先通过有限差分法对伪二维（P2D）电化学模型进行离散降阶处理，得到简化伪二维（SP2D）模型。在SP2D模型的基础上，基于阴阳两极发生的副反应导致的衰退老化现象，提出一种考虑电池衰退老化的机理模型。其次，使用多变量偏差补偿最小二乘法实现模型参数辨识。最后...
表面效应对纳米线电极屈曲失稳的影响
表面效应 锂离子电池 纳米线 屈曲
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2022/3/17
纳米线电极在充/放电过程中引起电极的屈曲失稳行为可能会对结构造成力学损伤。本文针对纳米线电极结构，建立了包含锂扩散、应力、浓度影响弹性模量的多场耦合理论模型。基于构建的模型，研究了表面效应对纳米线电极屈曲失稳的影响。结果表明表面效应能够提高纳米线电极的抗屈曲性，延迟纳米线电极的临界屈曲时间。同时，表面效应的影响表现出半径尺寸和长细比的依赖性，即随着电极半径尺寸的增大而减小，而随着电极长细比的增大而...
动力电池组分散式主动均衡控制系统
动力电池 主动均衡 智能单体 放电速率
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2024/3/20
针对动力电池组使用过程中单体SOC不一致问题，提出一种分散式主动均衡控制系统。首先，对“单体解耦-分散式控制器串联”主动均衡控制系统拓扑结构进行了分析。在此基础之上，通过在放电过程中实时调整分散式控制器母线电压调节系数α及均衡加速系数β，在保证母线电压稳定的前提下，实现了单体放电速率的线性动态调节。最后，在恒阻放电模式及模拟高速公路燃油经济型试验HWFET（high way fuel econom...
锂离子电池健康状态估计方法研究综述
电池管理系统 锂离子电池 健康状态 估计方法
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2024/3/20
电池管理系统是锂离子电池高效、安全运行的重要保障。电池的状态估计在电池管理系统中发挥着重要的作用。健康状态是锂离子电池状态估计的重要指标之一。通过对近几年国内外锂离子健康状态估计方法相关文献的整理，综述了锂离子电池健康状态的定义和估计方法，并对现有的估计方法进行了分类和阐述。最后针对现有估计方法的不足，提出未来需要改进的方向。
针对现今质子交换膜燃料电池PEMFC（proton exchange membrane fuel cell）输出电压不稳定、发电效率低下等问题，提出一种对质子交换膜燃料电池输出电压稳定性进行控制的方法。通过PEMFC的热力学电动势、欧姆过电压、总极化电压等相关参数对PEMFC动态模型进行控制，采用模糊比例-积分-导数PID（proportional integral derivative）方法设计...
锂离子电池用硅基负极材料发展状况（图）
锂离子电池 硅基负极材料 动力电池 高能量密度
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2022/6/16
石墨作为目前商业化应用广泛的锂离子电池负极材料，其实际比容量已接近理论比容量极限372mAh/g，进一步提升空间有限，难以满足未来动力电池高能量密度要求。同时，随着全球动力电池需求激增，石墨即将出现供不应求局面，因此，行业急需找到石墨负极材料的替代产品。
杂原子构型筛选策略助力高功率钠离子电池（图）
杂原子构型 筛选策略 高功率 钠离子电池
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2023/1/6
钠离子电池因钠资源丰富和成本低廉，被认为是替代铅酸电池和补充锂离子电池的最佳生力军之一，这些优势使得钠离子电池在大规模储能等领域具有极高的应用前景，是解决资源“卡脖子”问题和实现“双碳”目标的重要技术。一直以来，通过设计高容量电极材料以提升电池的能量密度是科研人员的首要目标之一，然而，许多应用场景（如智能电网、5G基站、数据中心等）对电池的功率和安全性能也有着很高要求，因此发展高功率和高安全的钠离...
钠离子电池正极材料中的拓扑保护机制的发现（图）
钠离子电池 正极材料 拓扑 保护机制
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2023/1/6
随着人们对可再生能源储存的需求日益增长，低成本、环保、安全、高能量密度的锂离子和钠离子电池的研发显得愈发重要。与作为商业正极材料主要成分的钴和镍元素相比，锰元素具有丰富的地壳含量，而且毒性较小，对电池大规模生产具有极大的吸引力。其中，富锂/钠锰基正极由于额外的LOR，一般具有较高的容量和工作电压（>4 V vs. Li+/Li或Na+/Na）。但LOR反应过程中存在不可逆的局部结构转变或晶格氧损失...
冷冻电镜观察辐照敏感电池材料与界面（图）
冷冻电镜 辐照敏感 电池材料
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2023/1/6
虽然锂离子电池商业化已有30年，但是由于表征技术的限制，许多电池材料和界面相关的难题如固体电解质界面SEI膜性质一直困扰着电池学术界和工业界。随着未来高能量密度的锂硫电池、锂空电池和固态电池的发展，针对其中的电池材料和界面的表征越来越具有挑战性。这是因为涉及的材料和界面含有较多的轻元素，具有较高的化学活性，且对空气和电子辐照敏感。冷冻电镜（Cryo-EM）自2017年首次被应用到电池材料领域中（N...
析氧反应(OER)催化剂在锌空气电池(ZABs)储能过程中起着关键作用。我们开发了一种新型非贵金属基自支撑碳纳米纤维催化剂(NiδFe4-δ-CNF)。首先，以聚乙烯吡咯烷酮、过渡金属乙酸酯、N，N-二甲基甲酰胺为原料，采用静电纺丝法制备了网状前驱体。随后，通过高温退火处理，将其转化为三维(3D)多孔结构材料。合成的Ni1Fe1-CNF催化剂在浓度为1mol·L-1KOH的电解质溶液中具有较低的起...
锂电池中的凝胶聚合物电解质
凝胶聚合物电解质 锂电池 界面稳定性 离子电导率
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2022/3/18
锂电池目前在人们生活中已经得到广泛应用,但是传统的液体电解质沸点低且易泄漏,容易引起锂枝晶生长和安全问题。凝胶聚合物电解质(GPEs)的状态介于液态电解质和固态电解质之间,不仅可以作为电解质,还可以作为隔膜,这样可以减少液体电解质的泄漏以及改善固体电解质的界面电阻。本文综述了锂电池中制备不同类型的GPEs的方法,如溶液浇铸法、相转化法、原位聚合法、UV(紫外)固化法和静电纺丝法等,重点总结了不同纤...
中国科学院过程工程研究所开发新型钠离子电池聚阴离子型磷酸盐正极材料（图）
钠离子电池 聚阴离子型 磷酸盐正极材料
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2023/1/11
钠离子电池因其原料丰富、价格低廉，且与锂离子电池技术高度兼容等诸多优点，已成为下一代大规模储能系统最有潜力的电池技术之一。近日，中国科学院过程工程研究所绿色化工研究部赵君梅研究员团队与四川大学磷基功能材料与新能源实验室、中国科学院物理研究所清洁能源团队合作，在钠离子电池聚阴离子磷酸盐正极的组成设计和性能优化方面取得重要进展，成功开发出具备长循环稳定性、高能量密度和低原料成本的富钠-低钒新型磷酸盐正...