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高功率化学电源体系发展及军事应用分析 被引量：2
1
作者 李珂 郝奕帆 +5 位作者 方振华 王静 张松通 祝夏雨 邱景义 明海 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期436-461,共26页
在全面电动化的背景下,各类电子产品应用的时空域快速转变对所配备的电池供电能力提出了更为苛刻的工况和环境适应要求,亟待发展充电时间短、小体积大电流输出的电源系统。本综述对近年来受到广泛关注的高功率化学电源体系在大倍率充放... 在全面电动化的背景下,各类电子产品应用的时空域快速转变对所配备的电池供电能力提出了更为苛刻的工况和环境适应要求,亟待发展充电时间短、小体积大电流输出的电源系统。本综述对近年来受到广泛关注的高功率化学电源体系在大倍率充放电领域的进展进行了梳理,包括锂离子电池、钠离子电池、赝电容电容器、离子型电容器(锂/钠/钾离子等)、铅炭电池等,分别从电极材料、电解质调控和电池结构等角度出发,重点分析了当前影响各电源体系在其功率性能方面的发展瓶颈、能力水平以及亟待突破的关键技术,并对其在低温启动、动力供电和脉冲响应等军事应用领域及所增益效能进行了分析研究。综合分析表明,针对不同的应用场景,为进一步遴选性能更好、更匹配的化学电源体系服务于装备的迭代升级和应用创新,通过构筑高稳定性和导电性的电极材料,宽温域、高电导率的电解质材料和改良电池结构从而减小内阻的途径,显著提升功率性能,并明确提出高功率电池存在最佳工作区间和最优工作策略的问题,尤其是在大电流充放电和脉冲工况下,这对于后续如何根据实际工况用好电池具有借鉴意义。有望在提升各化学电源体系的功率性能的同时,以最佳的系统管控方法和应用策略进一步提升电池的循环寿命、能量转换效率、安全性和可靠性,获得满足市场所需和军民急用的高功率电源产品。 展开更多
关键词 高功率 锂离子电池 钠离子电池 电容器 铅炭电池 军事应用
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军用便携式机械能发电技术
2
作者 张松通 顾昊 +1 位作者 胡海良 明海 《国防科技》 2024年第4期34-42,共9页
鉴于便携式机械能发供电技术可从多维度丰富战场电能源保障方式,聚焦机械外骨骼发电、摩擦发电、压电发电和手摇发电机(微型电机)等便携式机械能发电技术,分析比较各发电技术的原理及其衍生的前沿技术或装备成品在军事上的应用效能和发... 鉴于便携式机械能发供电技术可从多维度丰富战场电能源保障方式,聚焦机械外骨骼发电、摩擦发电、压电发电和手摇发电机(微型电机)等便携式机械能发电技术,分析比较各发电技术的原理及其衍生的前沿技术或装备成品在军事上的应用效能和发展前景。机械外骨骼可为士兵系统提供稳定电源,延长作战续航时间;摩擦发电可为通信和导航设备充电,增强士兵战场感知能力;压电技术嵌入军服可为泛在传感器和医疗监测设备供电,提升士兵生存能力;手摇发电机可用于紧急情况中关键设备的应急供电。由此,提出后续应从泛在能量收集、能量高效存储和电源管理系统的集成设计方面提升便携式机械能发电装置的性能,也可将其与物理或化学电源进行灵活组装以获得供电能力更高、适应性更强、可靠性和安全性更好的供电体系。总体而言,这些技术应结合装备和设施供电能力需求等来考虑技术可行性、可靠性和安全性,以确保在实战中发挥最大效益。 展开更多
关键词 便携式装备 机械外骨骼 摩擦发电技术 压电陶瓷 手摇发电机
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化学电源内阻测量及状态监测策略分析研究 被引量：3
3
作者 蒋杭廷 张倩倩 +4 位作者 张松通 祝夏雨 孟闻捷 邱景义 明海 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3400-3422,共23页
内阻是表征电池寿命以及电池运行状态的重要参数之一,是衡量电子和离子在电极内迁移或扩散难易程度的主要标志,其测量时的准确度易受到测量温度和压力等环境变量的影响,准确检测化学电源内阻对提高电池管理的精度具有指导意义。面对当... 内阻是表征电池寿命以及电池运行状态的重要参数之一,是衡量电子和离子在电极内迁移或扩散难易程度的主要标志,其测量时的准确度易受到测量温度和压力等环境变量的影响,准确检测化学电源内阻对提高电池管理的精度具有指导意义。面对当前内阻测量变量多、误差大和应用单一等问题,本文梳理分析了近年来混合脉冲功率特性法、直流内阻测试法、交流注入法、直流放电法和电化学阻抗谱法这五种典型锂离子电池内阻测量方法的相关研究工作,重点介绍了内阻受内外环境的具体影响,创新性地引入了内阻和电池寿命、电池状态以及电池安全预警之间的关系,为提高化学电源性能评估的准确性、预测化学电源寿命和优化化学电源使用提供了解决方案,最后对内阻的测量方法和机器学习模型的改进策略进行了研判和讨论,提出了内阻测量需要达到测试时间短、测试一致性好和精度高的量化评价指标,有望持续丰富内阻测量方法及其应用,从而进一步推动化学电源内阻的精准测量以及对电池模组的状态监控与分析,为提高各类化学电源内阻的测量精确度提供新的思路和方法借鉴。 展开更多
关键词 交流阻抗 直流阻抗 电池寿命预测 健康状态 机器学习
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军用新能源微电网系统的运维及故障处置分析 被引量：1
4
作者 李永奇 杜蕴 +5 位作者 方振华 张松通 祝夏雨 胡海良 邱景义 明海 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2740-2757,共18页
新能源微电网是未来军事设施和基地实现能源自给、独立供电,装备和作战任务实现可持续、不间断供电的有效方式,代表了未来军事能源的发展趋势,通过建立新能源微电网将集中发电模式转向本地灵活可靠的可持续电力或储能形式以此用来缓解... 新能源微电网是未来军事设施和基地实现能源自给、独立供电,装备和作战任务实现可持续、不间断供电的有效方式,代表了未来军事能源的发展趋势,通过建立新能源微电网将集中发电模式转向本地灵活可靠的可持续电力或储能形式以此用来缓解战场或属地社会生活、生产用电紧张,提高战场和属地的能源综合利用效率和调度能力,降低后勤补给压力。鉴于该发电方式的时域与空域不受限,其在军事能源领域得到了广泛应用,应用方式也随着经验的积累和技术的迭代在不断创新,对战略决策、作战部署和装备效能的发挥也产生了显著的增益影响。当然,有别于民用新能源微电网的使用环境和工况,军用新能源微电网往往面临极端的环境、复杂的工况和高强度的毁伤冲击等新的挑战,因此其运营与维护方面不仅需要组建专业的力量、建立快速反应、高效处置的运维预案及应对策略,而且在建设过程中也应提高相关组件及附属设施的品质,充分考虑军事新能源微电网可能遭遇的各类特殊情况,包括电网石墨/碳纤维炸弹、爆炸波的冲击毁伤、电磁脉冲干扰、电网病毒、无人机侵扰以及其他人为破坏电网平衡的干预方式,不断提高微电网的战场环境和复杂工况的适应能力,致力于实现战场电能源的安全、高效和可持续保障。基于以上考虑,本文系统综述了太阳能、风能等军用新能源微电网系统的运营、维护及故障处置分析的最新研究成果,并对面向战场的军事新能源微电网的未来发展提出了参考建议。 展开更多
关键词 新能源 微电网 储能 太阳能 风能
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预锂化技术在能源存储中的应用 被引量：10
5
作者 明海 明军 +3 位作者 邱景义 张文峰 张松通 曹高萍 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2017年第2期223-236,共14页
简述了预锂化技术在锂离子、锂硫/锂空气、锂离子电容器及相关能源存储技术中的最新研究进展。预锂化技术主要包括原位掺杂、接触反应、电化学和化学锂化等。该方法可改善锂离子电池高比容负极材料的首次不可逆容量、锂硫/空气电池负极... 简述了预锂化技术在锂离子、锂硫/锂空气、锂离子电容器及相关能源存储技术中的最新研究进展。预锂化技术主要包括原位掺杂、接触反应、电化学和化学锂化等。该方法可改善锂离子电池高比容负极材料的首次不可逆容量、锂硫/空气电池负极的锂损耗和安全性、锂离子电容器负极的锂补偿等问题,提升能源存储系统的性能。然而,预锂化后电极表面的固体电解质界面膜形成、枝晶生长、电解液分解以及电极内部热效应等关键问题对系统的能量/功率密度、寿命和安全性能也有重要的影响。只有充分认识和了解上述相互作用机制,并实现预锂化过程的简化与锂化程度的精准控制,才能确保预锂化电极技术的大规模使用。因此,系统地分析梳理预锂化技术在能源存储技术中的应用情况,有助于全面认知预锂化技术的发展、研究和应用现状,也可为相应及其它相关电源体系(钠电池等)的进一步发展提供科学参考和理论依据。 展开更多
关键词 预锂化 锂离子电池 锂硫电池 锂空气电池 锂离子电容器
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新型锂盐氟代磺酰亚胺锂电解液对锂离子电池性能的影响 被引量：7
6
作者 李萌 邱景义 +3 位作者 张松通 余仲宝 饶蕾 廖红英 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2017年第1期101-107,共7页
采用新型锂盐双(氟代磺酰)亚胺锂(Li FSI)代替六氟磷酸锂(Li PF_6)作为锂离子电池的电解液锂盐,配制不同浓度的Li FSI/EC+EMC+DMC(质量比1∶1∶1)电解液,用循环伏安、电化学阻抗(EIS)、恒流充放电等实验并结合Li^+迁移数、电导率和黏度... 采用新型锂盐双(氟代磺酰)亚胺锂(Li FSI)代替六氟磷酸锂(Li PF_6)作为锂离子电池的电解液锂盐,配制不同浓度的Li FSI/EC+EMC+DMC(质量比1∶1∶1)电解液,用循环伏安、电化学阻抗(EIS)、恒流充放电等实验并结合Li^+迁移数、电导率和黏度等物化参数的测试,研究新型锂盐浓度和电解液物化参数对电池倍率性能的影响。结果表明与同浓度的Li PF_6电解液相比,Li FSI电解液具有更高的离子传导能力和电导率及锂离子迁移数;在0.8~1.6 mol/L的浓度范围内,含Li FSI电解液的电池相对含Li PF_6电解液的电池表现出更好的电化学性能,更适用于高性能锂离子电池;1.2 mol/L为Li FSI电解液的最优浓度,此时其电导率和锂离子迁移数均达到最大值(κ=12.39 ms/cm,t_+=0.6327),制备的锂离子电池电化学阻抗最小,倍率性能最佳。 展开更多
关键词 LiFSI 锂盐浓度 Li^+迁移数 电导率 锂离子电池
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三(五氟苯基)硼烷对六氟磷酸锂电解液性能的影响
7
作者 李萌 余仲宝 +1 位作者 邱景义 张松通 《材料保护》 CSCD 北大核心 2016年第S1期42-43,共2页
在1.2 mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC电解液中分别添加浓度为0.015 mol/L、0.03 mol/L的三（五氟苯基）硼烷（TPFPB）,通过循环伏安（CV）、电化学阻抗（EIS）、恒流充放电等实验并结合电解液锂离子迁移数、电导率和黏度等物化参数的测试,研... 在1.2 mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC电解液中分别添加浓度为0.015 mol/L、0.03 mol/L的三（五氟苯基）硼烷（TPFPB）,通过循环伏安（CV）、电化学阻抗（EIS）、恒流充放电等实验并结合电解液锂离子迁移数、电导率和黏度等物化参数的测试,研究导电添加剂TPFPB的加入对电解液物化参数和电池倍率性能（0.520 C）的影响。 展开更多
关键词 锂离子电池 电解液 添加剂 TPFPB
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锂离子电池正极材料本体结构演变及界面行为研究方法 被引量：2
8
作者 牟粤 杜韫 +2 位作者 明海 张松通 邱景义 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期7-26,共20页
储能需求的不断增加,要求储能设备拥有更大的容量,而锂离子电池则在储能领域被寄予厚望。正极材料的结构稳定性及储锂电压直接决定了电池的比能量和比功率,其研究一直是锂离子电池研究的核心问题,近些年引起了人们的广泛关注,尤其是材... 储能需求的不断增加,要求储能设备拥有更大的容量,而锂离子电池则在储能领域被寄予厚望。正极材料的结构稳定性及储锂电压直接决定了电池的比能量和比功率,其研究一直是锂离子电池研究的核心问题,近些年引起了人们的广泛关注,尤其是材料的结构和电化学行为的实时-原位表征研究对开发和设计性能更为优异的材料有极大的促进作用。对正极材料而言,我们希望获得微观结构形态、化学组分、离子价态变化、外观形貌、离子输运和电子迁移等特性信息以便于进行更为有效的材料制备、结构设计和改性预处理。本综述对表征方法的原理、表征技术使用的场景和相对应的信息等都做了一定的阐述,同时列举了近年来相关技术在锂离子电池正极材料研究中的一些应用。最后则对比讨论了当前表征技术的优缺点,说明了其在研究工作中面临的主要挑战。因此,本文总结了当前对正极材料的结构以及表-界面行为表征常用的技术,包括显微成像、结构与物相、组分与化学价态、成键与官能团的表征,为促进不同的表征技术联用和材料系统分析提供参考借鉴。 展开更多
关键词 锂离子电池 正极材料 原位表征 表-界面反应 电化学
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锂合金电极材料的研究进展分析
9
作者 牟粤 邱景义 +3 位作者 杨晓飞 张婷婷 张松通 明海 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期573-586,共14页
随着固态电池、无负极高比能电池、锂基新型电池如锂-氧/锂-硫电池体系、高比能量锂一次电池的发展,锂金属电极材料的研究已经从将其单纯作为液态电池的参比或对电极材料,慢慢地转变为作为更重要的高比容量负极材料,但考虑到锂的安全性... 随着固态电池、无负极高比能电池、锂基新型电池如锂-氧/锂-硫电池体系、高比能量锂一次电池的发展,锂金属电极材料的研究已经从将其单纯作为液态电池的参比或对电极材料,慢慢地转变为作为更重要的高比容量负极材料,但考虑到锂的安全性以及其自身的体积效应,安全性更高的锂合金电极材料的研究逐渐成为高性能储能器件构筑设计与研究关注的重点。主要基于锂合金电极材料,对近期相关电极材料在锂离子电池、锂空气电池、锂-硫等液/聚合物/固态电池领域的研究进展进行了梳理,比较了各类锂合金材料的优、劣势,以期为相关电极材料的下一步发展提供参考,也为新型高比能量、长循环寿命的储能体系的原理探索与设计提供科学借鉴。 展开更多
关键词 锂金属 合金材料 负极 锂电池 高比容量
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