梯次利用可提升动力电池的效率,降低使用成本,减少电池回收对环境的不利影响.对电池梯次利用技术中国专利申请数据进行挖掘和系统分析,总结中国的专利申请情况,探讨相关技术的研究现状与发展趋势.目前,相关专利申请人主要是企业,研究的重点是电池的筛选分组和梯次利用电池的安全管理,主要的类型是锂离子电池.企业和相关研究机构可根据梯次利用技术的发展趋势来调整研究方向,发挥各自的优势,促进我国相关产业的技术发展.
石墨烯具有导电性好、力学性能好和化学稳定性良好等特点,可以用来改性高能量密度硅基负极.将石墨烯作为添加剂,研究石墨烯与导电炭黑Super P的复合对硅碳负极材料电化学性能的影响.石墨烯可以延长电极的循环寿命,当与Super P的质量比为 1∶1时,所得电极的电化学性能最好:以 100 mA/g电流在 0.005～1.500 V循环 50 次,可逆比容量为901.9 mAh/g,容量保持率为 84.7%;大电流放电性能也得到改善,在1 000 mA/g电流下的可逆充电比容量为456.5 mAh/g.添加石墨烯可改善硅碳复合负极的导电性,充分发挥活性物质材料的容量,提高储锂性能.
根据功能和应用领域,将锂离子电池分为消费型、动力型和储能型等 3 大类.阐述锂离子电池产品的标准化情况;分析GB 31241、GB 38031、GB/T 36672、电动自行车用锂离子电池强制性标准、电能存储系统锂离子电池强制性标准等标准的适用范围和内容及部分安全试验项目的目的和作用;从保障高质量锂离子电池产品供给和消费者安全角度考虑,阐述锂离子电池的监管趋势.
表面缺陷是判断软包装锂离子电池质量的重要指标之一.针对软包装锂离子电池表面凹凸不平且存在反光,导致划痕自动化检测检出率低的问题,提出一种表面划痕检测方法.采用电荷耦合元件(CCD)相机及远心镜头,从 3 个方向拍照,通过光度立体法融合图像,生成电池表面反照率图像;通过二阶高斯卷积进行图像平滑,并提取划痕边缘特征信息;采用非线性灰度变换增强划痕细节;通过阈值分割对划痕进行提取.划痕的检测准确率为 97.5%,满足检测精度需求.
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基于储能对锂离子电池浮充特性的要求,评估磷酸铁锂/石墨电池在不同温度(25℃、45℃)和电压(3.345 V、3.400 V、3.500 V和 3.700 V)下的浮充寿命,发现温度对容量衰减的加速作用明显.基于容量损失与温度、时间的对数关系,得到容量衰减模型,25℃、3.700 V浮充条件下,电池寿命预计大于8 a[健康状态(SOH)为80%].采用绝热加速量热仪(ARC)对25℃/45℃、3.700 V浮充 336 d老化电池的安全性进行评估,浮充老化电池的安全性与新鲜态电池相比未降低.对浮充老化电池的失效机理进行分析,得出容量损失主要由固体电解质相界面(SEI)膜增长导致的活性锂损失造成.
废旧锂离子电池回收对于实现资源的可循环利用十分重要,回收工艺参数的优化对提高回收效率具有重要的作用.在综述废旧锂离子电池预处理工艺初步分离 4 个阶段(放电、破碎与拆解、分选、剥离)的基础上,进一步论述火法冶金、湿法冶金和直接再生等深处理工艺的相关研究进展.对目前废旧锂离子电池回收利用过程中存在的问题进行分析,未来应对回收工艺及装备开展深入研究,开发出系统化、智能化、绿色高效的回收装备.
准确估计电池的荷电状态(SOC)是保障电池储能系统(BESS)安全稳定运行的前提.针对传统安时(Ah)积分法忽略充放电状态,导致SOC估计精度降低的问题,基于充放电状态对电池效率和最大可用容量的影响实验,得到不同充放电倍率下SOC与电池效率的关系、充放电倍率与电池最大可用容量的关系,提出考虑电池运行状态变化的改进Ah积分法,以提升SOC估计精度.在不同运行工况下,进行电池SOC估计对比发现,在不同环境温度下,所提Ah积分法的估计误差均最小,25℃时的最大误差仅为 0.346%,比优化Ah积分法和传统Ah积分法分别提升 0.142 和 0.527 个百分点.
提出一种快速、高精度估计铅炭电池荷电状态(SOC)的方法,并在特定工况下进行验证.通过建立等效电路模型,应用MATLAB仿真出SOC曲线,对比遗忘因子递推最小二乘(FFRLS)法+扩展卡尔曼滤波(EKF)估计的SOC与实际SOC曲线的误差,验证算法的精确性和可靠性.在恒流间歇放电特定工况下,使用所提算法估计铅炭电池的SOC,与实际SOC的最大误差不超过 0.9%.
锌酸钙作为锌镍二次电池的负极,可提高电极的稳定性,延长电池的寿命.在多因素条件下,通过化学合成法制备锌酸钙(Ca[Zn(OH)3]2·2H2 O),并通过偏光显微镜、SEM、XRD和循环伏安(CV)测试,对产物进行分析.制备的锌酸钙为类球状层片位错结构,最佳反应条件为:反应温度 33～37℃、n(ZnO)∶n[Ca(OH)2]=2.0∶1.5、pH=10、OP乳化剂和分散剂5040 各 80 μl.产物与四边形锌酸钙相比,能量更高、性能更好.CV测试结果表明,产物的可逆性和循环性能良好.
与传统的制造方案相比,喷墨打印(IJP)技术具有无接触的高分辨率图案化能力,低成本、可控的材料沉积,工艺简单,以及与多种基材的兼容性等优点.目前,可利用IJP技术开发超级电容器材料.为进一步扩展材料设计策略并加速技术发展,深入了解IJP超级电容器的发展趋势,对IJP 技术的基本原理进行概述,系统总结和讨论电容储能器件IJP 的成果,重点介绍电极材料的设计和电容性能及集电器中的应用,并提出发展先进IJP超级电容器的现有挑战和未来研究趋势.
为进一步研究磷酸铁锂(LiFePO4)动力锂离子电池失效原因,从电解液角度出发,以电动汽车退役的方形LiFePO4/石墨动力电池为研究对象,研究 4 种容量保持率(100%、80%、70%和 60%)的LiFePO4 电池的衰退特性,采用SEM、电化学阻抗(EIS)、气相色谱(GC)和电感耦合等离子(ICP)等技术分析电池极片厚度、极片形貌、阻抗、电解液剩余量及组分特性.随着电池容量保持率的降低,电池极片增厚、电极活性物质脱落、正极活性物质LiFePO4 分解、铁溶解沉积、电解液与电极发生副反应在界面形成高阻抗正极固体电解质相界面(CEI)或负极固体电解质相界面(SEI)膜、电解液分解消耗、电解液组分及电解液体系的改变、电解液副反应产物的生成,这些因素的协同作用,使得电池正负极电极界面间阻抗增大,活性Li+含量降低,造成电池正负极片和电解液失效,最终导致电池循环寿命衰减和失效.
铝空气电池因超高的地壳资源储量和适宜的电化学性能引起广泛关注.与电极材料相比,人们对电解质的研究相对较少,尤其是固态和准固态电解质.简要阐述铝空气电池的反应机理;针对固态电解质中的有机和无机电解质,以及聚合物凝胶电解质中常见的聚合物宿主如聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PAM)和部分离子导电促进材料如氧化石墨烯(GO)、碳纳米管(CNT)的研究进展,进行总结;对铝空气电池的发展进行展望.
钠离子电池是新开发的能源产品,安全稳定,低温放电和快充性能较好,且钠资源分布广泛,获取容易.钠离子电池将纳入到联合国新的UN条目,钠离子电池的规定和包装要求与锂离子电池相似,在满足一定条件下,可以作为非限制性货物运输,降低运输和使用成本.
当前,人口增长、气候变化、环境污染、能源危机和生态环境恶化等问题日益加剧. 由于人类对各类资源的过度开采和超前透支,部分自然资源已出现枯竭的风险,生态环境遭到极大的破坏.
对废旧锂离子电池进行妥善的处理回收,既有益于环境保护,又有益于锂、钴等资源的可持续利用.作为一种快速发展的环保技术,生物浸出主要通过微生物的代谢作用实现废旧锂离子电池中金属资源的回收.综述近期国内外利用生物浸出技术回收废旧锂离子电池中金属的研究成果,讨论生物浸出过程中的菌种、机理、过程和影响因素等,分析提高生物法金属浸出率的方法,为未来利用生物浸出技术从废旧锂离子电池中回收金属资源等应用提供技术参考.
优化流场结构,可提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)的反应物气体传质和输出性能.泡沫金属是具有高孔隙率和高导电性的多孔材料.建立以泡沫金属为阴极流场的三维单相等温PEMFC模型,并与平行流场、波浪形流场和蛇形阴极流场模型对比,分析化学计量比对PEMFC氧气摩尔分数及电流密度的影响.泡沫金属作为阴极流场,可提高气体扩散层和催化层的反应物气体浓度,从而提高电化学反应效率;工作电压为 0.30 V时,燃料电池的电流密度比蛇形流场的提高了38.84%;提高化学计量比,可提高反应气体的摩尔分数及输出性能,当阳极化学计量比从 1.5 提高到 3.0 时,气体扩散层(GDL)中的平均氢气摩尔分数提高 41.02%,电流密度提高 51.80%.
聚苯胺(PANI)/石墨烯复合材料具有高循环稳定性和高比容量等优点,PANI在石墨烯表面的分散情况会影响电化学性能.采用球磨技术,通过改变苯胺单体浓度,在石墨烯表面调控沉积PANI,制备PANI/石墨烯复合材料.利用XRD、傅里叶红外光谱(FTIR)和SEM测试分析复合材料的微观结构,通过CV和恒电流充放电测试研究复合材料的电化学性能.高速球磨作用可实现PANI在石墨烯表面的均匀生长,苯胺单体浓度为 0.001 0 mol/L时,PANI分子链在石墨烯表面得以舒展,可使石墨烯良好的导电性与PANI的π-π相互作用协调一致,保证PANI充分发挥氧化还原性能,得到最佳电化学性能.复合材料以 1.0 A/g电流在 0～0.9 V循环,放电比电容为 292.1 F/g,循环 1 000 次的电容保持率可达 87.1%.
为提升管式极板的精益制造水平,设计自动化极板制造装置.采用板栅模具共用、铅芯定位切割和精准套管的方法来制造极板.与目前的手工切割铅芯和套管制造方法相比,实现极板制造自动化,制造速度提高约 70%,产品合格率提高0.45 个百分点,成本降低 69.11～71.11 万元/a,人员投入减少 2 人.
