检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：王鹭婧吉林大学

学位级别：硕士

发展能源绿色化、利用可再生能源是推动能源供给革命,实现双碳战略目标的必由之路。然而,诸如风能、太阳能、潮汐能等可再生能源具有地域性、间歇性和周期性等特征,建立安全、高效、经济的储能系统将其存储和再分配是新能源革命中的关... 详细信息

发展能源绿色化、利用可再生能源是推动能源供给革命,实现双碳战略目标的必由之路。然而,诸如风能、太阳能、潮汐能等可再生能源具有地域性、间歇性和周期性等特征,建立安全、高效、经济的储能系统将其存储和再分配是新能源革命中的关键环节。商用有机系锂离子电池由于其高能量密度、长循环寿命和低自放电性能等优势,在便携式设备、汽车和储能系统等领域得到广泛应用。然而,锂离子电池成本高、回收难度大、有机电解液具有较大毒性等缺陷限制了锂离子电池的进一步发展。与之相比,水系电池具有低成本、高安全性、高离子电导率、环境友好等优势,使得水系电池有望成为未来大规模储能技术的有力竞争者。在水系电池电极材料中,硫基正极具有高容量(理论容量为3350 mAh g-1)、低损耗、低毒性和低回收能耗等优势,被视为理想的水系电池正极材料。然而,由于硫单质电子电导率较低(5×10-30 S cm-1),电极的制备通常需要添加大量的低密度碳基导电添加剂,这严重降低了电池的质量和体积能量密度。为此,提升活性物质含量并制备厚电极膜,成为了实现电极高面负载和高能量密度关键。然而,传统空气干燥方法制备的厚电极膜往往具有较长的内部离子传输路径,导致了活性材料利用率降低、电池循环性能下降等问题。另一方面,水系电解液电化学稳定性差（～1.23 V）,副反应严重,使得水系电池的能量密度和循环寿命难以满足规模储能的需求。同时Cu-S电池中,Cu负极较高的氧化还原电位降低了电池的工作电压,加剧了电池低能量密度的问题。针对以上问题,我们从电极材料制备和Zn负极解耦两方面来提高电池的能量密度。 1.通过熔融扩散法将70%的硫含量注入Ketjen black（KB）中。系统研究了材料的物理性质和电化学性能,我们发现具有支链结构的KB具有较高的比表面积和电子导电率,有利于提升电化学反应动力学;同时较高的孔容有利于缓解放电过程中硫化物产生带来的体积膨胀,从而实现电池容量和循环寿命的双重提升。将硫-碳复合材料与少量的单壁碳纳米管（SWCNTs）混合,通过冷冻干燥附加磁场法在不加入聚合物粘合剂的条件下制备电极,将电极膜活性物质负载量提高至40 mg cm-2,极片在Cu-S电池体系下表现出良好的倍率性能和循环性能。 2.通过S/Cu2S正极和Zn/Zn（OH）42-负极的耦合,实现了电池工作电压的大幅度提升,获得了高达3988 Whkg-1（基于硫质量）的可逆能量密度。在提高电池工作电压的同时,也对离子交换膜进行了优化处理。通过设计新的离子交换膜,在降低了离子交换膜合成成本的同时,提高了膜的钠离子选择性,实现了电池300次的稳定循环。

关键词：解耦电池锌离子电池碳纳米管厚电极膜电极结构设计

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复合电极体系SOEC电解过程的数值模拟

复合电极体系SOEC电解过程的数值模拟

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作者：李勇威上海电力大学

学位级别：硕士

在全球能源危机以及我国正在开展能源转型的大背景下,探寻可再生及环保的清洁能源迫在眉睫。高温固体氧化物电解池（Solid Oxide Electrolysis Cell,SOEC）作为一种具有发展前景的电解装置,相较于其他电解装置,电解效率以及燃料灵活性... 详细信息

在全球能源危机以及我国正在开展能源转型的大背景下,探寻可再生及环保的清洁能源迫在眉睫。高温固体氧化物电解池（Solid Oxide Electrolysis Cell,SOEC）作为一种具有发展前景的电解装置,相较于其他电解装置,电解效率以及燃料灵活性得到了大幅提升。同时,SOEC可以实现高温环境下水蒸气、二氧化碳的电解以及两者的共电解过程,为可再生能源的消纳、氢气以及二氧化碳的资源化利用提供了又一重要路径。然而,复合电极的结构改进和优化仍然是SOEC在大规模应用和商业化进展中亟待解决的关键问题。据此,本文建立并求解了描述复合电极体系SOEC电解水蒸气与共电解H2O/CO2的多尺度模型。该多尺度模型在综合考虑SOEC电解过程中的流动传质、传热以及复杂电化学和化学反应的基础上,通过耦合渗流模型保留了复合电极在介观尺度上的内部结构特征与材料特性。基于该多尺度模型,详细开展了关于复合阴极结构与其内部结构参数对SOEC电解水蒸气以及共电解性能的影响的数值模拟研究,并进一步地对复合阴极内部结构参数进行了相应的优化。首先,在SOEC电解水蒸气方面,研究了双层复合阴极内部结构参数对电极内部各物理过程及电解性能的影响。研究结果表明,增大阴极扩散层（Cathode Diffusion Layer,CDL）孔隙率会促进阴极功能层（Cathode Function Layer,CFL）内部质量输运过程的发展,但对各组分工质在CDL内部的质量传递是不利的。从减小能耗、提升反应速率的角度出发,0.3-0.5为CDL孔隙率较合适的取值区间。此外模拟结果也表明,在CFL内部固相颗粒半径比为1的条件下,当电极颗粒半径由0.6μm减小到0.3μm时,最大电解反应速率提高了32.64%。另外,当CFL内部的固相体积分数趋于一致时,可获得较优异的电解性能。其次,在SOEC共电解H2O/CO2方面,比较了不同阴极入口流量下单层与双层复合阴极SOEC的共电解性能,得到了复合阴极结构和其内部结构参数对共电解过程的影响规律。模拟结果表明,CDL厚度控制在100μm-300μm范围内时,有利于提升电解单元的共电解性能和耐久性。当CDL孔隙率从0.45增加到0.65时,H2和CO的转化率分别提高了10.17%和10.24%。除此之外,在CFL内部固相颗粒半径比为1的条件下,当CFL内部各固相的体积分数趋于一致,电极颗粒半径为0.20μm时,电解单元的产物转化率和电效率得到明显提升。但这也会导致较高的运行温度,对电解单元的耐久性产生不利影响。本研究的开展可补充关于复合电极结构及其内部结构参数对SOEC电解性能影响的相关结论,从而为复合电极体系SOEC的电极结构设计和优化提供指导。

关键词：固体氧化物电解池电解水蒸气制氢共电解数值模拟电极结构设计

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锌离子电容器中的电极研究

锌离子电容器中的电极研究

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作者：吴金鹏海南大学

学位级别：硕士

水性锌离子电容器(ZIC)具有高比电容、宽电压窗口和良好的安全性,是很有前途的储能设备。众所周知,炭表面的氧官能团对ZIC中的电容性能有重要作用。然而,对于各种氧官能团,尚不清楚哪个官能团起重要作用以及能量存储是什么机制。在此,... 详细信息

水性锌离子电容器(ZIC)具有高比电容、宽电压窗口和良好的安全性,是很有前途的储能设备。众所周知,炭表面的氧官能团对ZIC中的电容性能有重要作用。然而,对于各种氧官能团,尚不清楚哪个官能团起重要作用以及能量存储是什么机制。在此,活性炭(AC)用梯度酸处理以诱导表面氧官能团,主要是羟基,作为ZIC的正极材料,导致电容从120 F/g增加到160 F/g,增加了33.3%。进一步的实验结果和DFT计算表明,仲醇的羟基在存储Zn中起着非常重要的作用,表现出比叔醇更好的电化学可逆性。改性后的正极在不同的弯曲角度下也能很好地工作,在柔性和智能可穿戴电子产品中表现出高商业化潜力。总体而言,这种正极容量的提升策略对于ZIC的规模化发展具有重要意义和指导价值。然而,锌金属负极会出现不均匀沉积,导致枝晶,造成整个装置不能稳定的循环,甚至是枝晶扎穿隔膜,导致电池失效,很大程度上制约了锌离子电容器的商业化前景。炭纸作为一种比较经济实惠,导电性强、且具有坚较为坚固的炭纤维骨架,能够提供稳定电场的集流体材料。当考虑到整个电池,而不仅仅是有源阴极时,还需要进一步的改进来增加能量密度(更重要的是,很少有新的锌金属阳极方法保留了的原始性质。因此,参考锂电池和钠离子电池中无负极概念,我们提出无负极锌电容的概念。使用炭纤维纸电镀取代集流体和锌金属电极,在独立和导电的炭纤维骨架的帮助下,均匀电场,实现长循环。使用炭纸支架的对称电池表现出更小的极化电压,显著延长了循环寿命(超过400小时)和优越的快速充放电能力。这种无负极电极在1A/g循环圈数超过10000。综上,采用炭纸预镀锌的方式取代集流体和锌金属的方式实现了良好的性能,为以后锌离子电容器大规模部署提供了一种有效的方法。

关键词：炭羟基锌离子电容器炭纸电极结构设计

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Rb+掺杂锰基层状正极材料储钾性能研究及其厚电极设计

Rb+掺杂锰基层状正极材料储钾性能研究及其厚电极设计

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作者：秦新炜吉林大学

学位级别：硕士

发展具有环保、经济、安全等优点的绿色储能科技,不仅是新能源革命中的关键环节,也是实现“双碳目标”的重要保障。与锂离子电池具有相似“摇椅式”工作机制的钾离子电池,因具有资源丰富、成本低廉的优势,有望成为下一代大规模储能技术... 详细信息

发展具有环保、经济、安全等优点的绿色储能科技,不仅是新能源革命中的关键环节,也是实现“双碳目标”的重要保障。与锂离子电池具有相似“摇椅式”工作机制的钾离子电池,因具有资源丰富、成本低廉的优势,有望成为下一代大规模储能技术的主要方案之一。其中,钾电锰基层状氧化物正极材料KxMn O2因具有合成简单、价格低廉、理论比容量高等优势,引起研究者广泛关注。但目前还存在以下问题:一方面,K+的离子半径更大,导致其离子扩散的动力学性能较为缓慢。另一方面,K+在充放电过程中的重复嵌入脱出行为,以及材料过渡金属层所发生的滑移,容易导致材料结构的严重破坏和剧烈的相转变。因此,开发高比容量且结构稳定性好、动力学性能优异的正极材料对实现高性能钾离子电池至关重要。另外,钾的分子量较大,导致钾离子电池的能量密度较低。厚电极膜设计与加工,是实现高面积比容量电极膜及高能量密度电池的关键。然而,传统方法制备的厚电极膜通常由于力学性质差及内部的离子传输路径长、电子电导率低等原因,导致电池比容量下降、循环性能恶化、活性材料利用率降低等问题。针对以上问题,我们不仅从材料设计层面提出了通过在碱金属层掺杂Rb+提升材料的结构和循环稳定性,而且从厚电极膜设计层面提出利用复合导电胶设计电极结构提升活性材料负载量和利用率,从而提升电池能量密度的解决方案。主要工作内容如下:1.通过溶胶凝胶法制备了PIBs正极材料K0.4Rb0.05Mn O2,系统研究了材料的物理性质,电化学性能。我们发现具有更大离子半径的Rb+作为支柱钉扎在K层中后,非活性的Rb+不仅拓宽离子传输通道,提升电化学反应动力学过程;也抑制材料充放电过程中层间滑移导致的结构相变,使更多的K+参与到电化学反应过程中,从而实现电池容量和循环寿命的全面提升。该材料在半电池体系下表现出良好的倍率性能和循环性能。同时,我们进一步组装全电池并进行性能测试,验证了其实际应用的可能性。2.通过碳纳米管复合导电胶制备了厚度高达820微米的厚电极膜,将电极膜活性物质负载量提高至53 mg cm-2,面积比容量达到4 m Ah cm-2。碳纳米管不仅增强了电极膜的力学性能,可以有效抑制膜干燥过程中由于应力累积导致的开裂现象,而且其良好的电导率和三维网络结构优化了厚电极的电子传导和钾离子传输能力,故而提升了电池能量密度。在此基础之上,通过复合少量科琴黑来优化厚电极内部的导电网络结构,从而进一步提升电极膜整体的电化学动力学性能,实现了电池面积比容量、循环寿命的协同提升。

关键词：钾离子电池层状正极材料 Rb+掺杂碳纳米管厚电极电极结构设计

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基于超级电容器的金属基化合物的形貌制备及性能研究

基于超级电容器的金属基化合物的形貌制备及性能研究

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作者：尹欢电子科技大学

学位级别：硕士

超级电容器是一种新型的储能装置,因其高功率密度,快充放电速率和长循环寿命长而引起了广泛的关注。赝电容器作为超级电容器的一员,经过快速且可逆的氧化还原反应来储存和转换能量。研究更多的赝电容材料集中在金属基化合物上,将其直接... 详细信息

超级电容器是一种新型的储能装置,因其高功率密度,快充放电速率和长循环寿命长而引起了广泛的关注。赝电容器作为超级电容器的一员,经过快速且可逆的氧化还原反应来储存和转换能量。研究更多的赝电容材料集中在金属基化合物上,将其直接作为无粘结剂型电极生长在一定的导电基底上。这种设计使材料能够在紧密的接触基底后形成一定的阵列单元,并且单元之间的间隙有益于电解液离子的扩散,进而增大材料的有效利用率。此外,将不同种类的电极进行复合后形成核壳结构材料,以此达到充分发挥不同组分的协同作用。本文通过对电极材料的结构和形貌进行一定的可控和优化后合成出了含有镁、钴、镍和钼元素的电极,并分析了结构和形貌对其超电容性能的影响。本论文的主要研究内容如下:1、通过“两步”水热法在泡沫镍上制备了核壳结构的Co-Mg复合物@NiMoO4纳米片阵列电极,并探究其电化学性能。利用核壳纳米片结构的协同作用,显著地提升了整合电极的电容性能,并且Co-Mg复合物@NiMoO4电极的电化学性能是高于单相的核层材料的。在最佳制备条件下,将NiMoO4在双氢氧化物结构上水热反应6小时得到的电极在电流密度为5 m A·cm-2时,其面积比容量和质量比容量分别为6.50 F·cm-2和2031 F·g-1。以活性炭为负极,最优电极材料为正极,将两者组装为非对称超级电容器装置。该装置的最大能量密度和功率密度分别为57 Wh·kg-1和4.8 kW·kg-1,结果表明其具备优良的电化学性能以及循环寿命。2、利用“一步”水热法在泡沫镍上成功地制备了大面积的CoMoO4纳米片阵列电极。通过控制水热反应时间得到了不同形貌的材料,再进行电化学性能测试。结果表明CoMoO4能展现出很好的电容特性,并且在水热时间为12小时获得的电极材料具备优异的电化学特性。CoMoO4电极的面积比容量和质量比容量分别为3.93 F·cm-2和1310 F·g-1在电流密度为5 mA·cm-2时。此外,在40 mA·cm-2的电流密度下进行10000次循环以后的容量保持率为90%。这主要归因于CoMoO4电极材料可逆的电化学特性以及纳米阵列形成的独特开放空间结构。3、利用相似方法合成了NiMoO4纳米片阵列材料并讨论了水热时间对电极电化学结果的影响。当电流密度为5 mA·cm-2时,其比容量为3.05 F·cm-2,并且在电流密度增至40 m A·cm-2时,比容量保持在1.82 F·cm-2。此外,NiMoO4电极经过10000次充放电循环后的容量保持率为87%。

关键词：电极结构设计金属氧化物材料能源存储超级电容器

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三五族化合物太陽能電池之電極結構發展

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真空科技 2014年第4期27卷 31-36页

作者：曾俊硯李清庭洪瑞華

随着磊晶技术日益成熟，串叠式三五族化合物太阳能电池之高转换效率获得各界瞩目，在各种太阳能电池中，串叠式三五族太阳能电池能在相同面积下能获得最高的能量转换，因此特别适合作为太空飞行器的动力来源，除磊晶技术与磊晶结构上的... 详细信息

随着磊晶技术日益成熟，串叠式三五族化合物太阳能电池之高转换效率获得各界瞩目，在各种太阳能电池中，串叠式三五族太阳能电池能在相同面积下能获得最高的能量转换，因此特别适合作为太空飞行器的动力来源，除磊晶技术与磊晶结构上的改善，电极结构设计对於串叠式三五族化合物太阳能电池之特性提升是另一项重点，本文主要综整近年相继提出应用於串叠式三五族化合物太阳能电池之电极结构发展，以更充分发挥串叠式三五族化合物太阳能电池之特性，像是藉由不同图案化结构改善电极对於光生载子汲取能力，应用全透明式电极结构增加太阳光入射光量，提出兼具高透光性与载子汲取能力之混合式电极结构设计等。

关键词：電極結構設計混合式電極結構三五族化合物太陽能電池透明導電膜

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密集大扭转角自由曲面叶栅电解加工阴极结构设计

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电加工与模具 2016年第5期 37-41页

作者：褚玉程张明岐程小元雷廷玲北京航空制造工程研究所北京100024

针对密集大扭转角自由曲面叶栅电解加工,论述了单方向全覆盖整体阴极的设计方法。大扭转角叶栅电解加工阴极设计中存在电极覆盖性不好、叶栅通道狭窄和电极通过性差等问题。采用优化电极进给方向与加工型面相结合的方式,预先设计多组不... 详细信息

针对密集大扭转角自由曲面叶栅电解加工,论述了单方向全覆盖整体阴极的设计方法。大扭转角叶栅电解加工阴极设计中存在电极覆盖性不好、叶栅通道狭窄和电极通过性差等问题。采用优化电极进给方向与加工型面相结合的方式,预先设计多组不同厚度电极和不同余量叶片逆向寻找最佳的参数组合方式,并在UG软件干涉模块模拟下,验证优化后电极的有效性。结果表明:电极进给方向和加工型面共同优化的方式能有效解决叶片自由曲面覆盖性不好等问题。以最小电极厚度为初始值,逆向寻找厚度和余量参数组合方式,不仅能缩短电极设计和路径规划的时间周期,而且能节省前期大量试验投入。

关键词：电解加工电极结构设计大扭转角密集型叶栅

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密集大扭转角自由曲面叶栅电解加工阴极结构设计

密集大扭转角自由曲面叶栅电解加工阴极结构设计

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第16届全国特种加工学术会议

作者：褚玉程张明岐程小元雷廷玲北京航空制造工程研究所

针对密集大扭转角自由曲面叶栅电解加工,论述了单方向全覆盖整体阴极的设计方法。大扭转角叶栅电解加工阴极设计中存在电极覆盖性不好、叶栅通道狭窄、电极通过性差等问题。采用优化电极进给方向与加工型面相结合的方式,预先设计多组不... 详细信息

针对密集大扭转角自由曲面叶栅电解加工,论述了单方向全覆盖整体阴极的设计方法。大扭转角叶栅电解加工阴极设计中存在电极覆盖性不好、叶栅通道狭窄、电极通过性差等问题。采用优化电极进给方向与加工型面相结合的方式,预先设计多组不同厚度电极和不同余量叶片逆向寻找最佳的参数组合方式;并在UG软件干涉模块模拟下,验证优化后电极的有效性。结果表明:电极进给方向和加工型面共同优化方式,能有效解决叶片自由曲面覆盖性不好等问题。以最小电极厚度为初始值,逆向寻找厚度与余量参数组合方式,不仅能缩短电极设计和路径规划的时间周期,而且节省前期大量试验投入。

关键词：电解加工电极结构设计大扭转角密集型叶栅

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