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不同预钠化比例对AC//HC型钠离子电容器的性能影响
1
作者 安仲勋 梁鹏程 杨重阳 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第4期1679-1686,共8页
本工作以镍铁锰酸钠(NaNi_(0.4)Mn_(0.4)Fe_(0.2)O_(2),NMF)作为钠源,将不同比例的钠离子预掺杂到活性炭//硬碳(AC//HC)型钠离子电容器的HC负极,通过各项测试,研究分析了不同预钠化比例对钠离子电容器的电化学性能影响。结果表明,预钠... 本工作以镍铁锰酸钠(NaNi_(0.4)Mn_(0.4)Fe_(0.2)O_(2),NMF)作为钠源,将不同比例的钠离子预掺杂到活性炭//硬碳(AC//HC)型钠离子电容器的HC负极,通过各项测试,研究分析了不同预钠化比例对钠离子电容器的电化学性能影响。结果表明,预钠化比例提高至50%以上,AC//HC型钠离子电容器各项性能均得到显著提升,包含电压、直流内阻、容量、倍率性能、功率密度和循环性能等。当预钠化比例提高至80%时,在电压区间内呈现较好的线性曲线,放电容量达到83.73 mAh,与预钠化比例为0的电容器相比提升了3倍。以0.1 A(1.5C)的放电能量为基准计算不同电流下的放电能量保持率,大倍率电流3 A(44C)下的放电能量保持率达到79.35%,而预钠化比例为0的电容器在3 A(44C)电流下的放电能量保持率仅为26.35%。此外,当预钠化比例从0提高至80%时,功率密度从9807.89 W/kg提高至24498.51 W/kg。预钠化比例高于50%的电容器循环3000圈时的能量保持率仍然高于90%,且胀气程度较低。基于预钠化后的负极具有较低的OCV,能够相应地提升AC正极的工作电压范围,进而有效提高了容量和能量密度。与此同时,预钠化后的负极OCV降低,有利于形成致密的SEI膜,提高了HC负极表面SEI膜的稳定性。需要指出的是,预钠化比例需要控制在合适的范围内,以确保实现电容器电化学性能的最优化。本工作的研究结果为预钠化钠离子电容器的产业化进程提供了一定的科学基础。 展开更多
关键词 钠离子电容器 预钠化 镍铁锰酸钠 活性炭 硬碳
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预锂化对AC//Nb_(2)O_(5)型锂离子电容器性能的影响
2
作者 范羚羚 刘中柱 杨重阳 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第8期2913-2924,共12页
锂离子电容器作为一种新型储能器件,可以填补高功率器件和高能量器件之间的技术空白。本工作以活性炭(AC)为正极,正交晶相五氧化二铌(T-Nb_(2)O_(5))为负极组装为软包装的锂离子电容器,研究预锂量对该种器件在不同正负极质量比下(P/N比... 锂离子电容器作为一种新型储能器件,可以填补高功率器件和高能量器件之间的技术空白。本工作以活性炭(AC)为正极,正交晶相五氧化二铌(T-Nb_(2)O_(5))为负极组装为软包装的锂离子电容器,研究预锂量对该种器件在不同正负极质量比下(P/N比)的影响。结果表明,通过预锂化,可以有效提高该种器件的电化学性能,不论采用何种P/N比,预锂量提高至60%后,开路电位均可提高到1.5 V以上,首次库仑效率可提高至80%以上,在有效提高材料克容量的同时具备更小的内阻,循环伏安曲线具有典型的电容特征,常温搁置33天后电压保持能力仍有75%及以上,在100C大倍率条件下的容量保持率高达95%以上,3000次循环后的容量保持率均高于90%。P/N比越高对该种器件性能更有利,具体表现为首次库仑效率更高,自放电中具有更高的电压保持能力,其中P/N比最大的锂离子电容器(P/N=1.1)预锂60%后,在103.2 W/kg的功率密度下可发挥30.4 Wh/kg的能量密度,在2098.1 W/kg的功率密度下能量密度仍旧有29.4 Wh/kg,具有稳定输出。 展开更多
关键词 锂离子电容器 预锂化 活性炭 五氧化二铌
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堆叠式车载超级电容器热管理方式分析
3
作者 唐盼春 严嵘 +1 位作者 张灿 孙泽 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期483-491,共9页
本研究使用COMSOL Multiphysics 6.0软件对堆叠式车载超级电容器建立了有限元模型,并且针对空冷和液冷两种不同的热管理方式分别建立了热模型以对比其热管理效果。首先,在相同的参数变化范围内,分别研究了空冷和液冷两种方式的超级电容... 本研究使用COMSOL Multiphysics 6.0软件对堆叠式车载超级电容器建立了有限元模型,并且针对空冷和液冷两种不同的热管理方式分别建立了热模型以对比其热管理效果。首先,在相同的参数变化范围内,分别研究了空冷和液冷两种方式的超级电容器的最高温度与换热介质的初始温度、在入口处的流速以及超级电容器模组的发热功率之间的关系。结果表明,换热介质的初始温度越高,超级电容器的发热功率越大,则超级电容器的最高温度越高,而换热介质在入口处的平均流速越大,则超级电容器的最高温度越低,且存在一个临界流速1.5m/s,超过该临界值之后,二者的相关性将大大减弱。此外,基于参数化研究结果,设定相同的操作参数,深入分析了这两种热管理方式的换热过程,解释了本研究中空冷和液冷在高度方向上温度梯度方向相反的现象,并从最高温度与温差、温度分布和换热时间三个方面对比了二者的热管理效果。结果表明,液冷超级电容器的最高温度更低,温差很小,温度分布十分均匀,且换热时间远少于空冷超级电容器,热管理效果更好。 展开更多
关键词 堆叠式超级电容器 热管理 热模型 空冷 液冷 热流耦合
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基于活性炭/镍钴锰酸锂(AC/LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2)复合正极的锂离子超级电容电池的构建及其电化学性能 被引量：6
4
作者 夏恒恒 安仲勋 +6 位作者 黄廷立 方文英 杜连欢 吴明霞 索路路 徐甲强 华黎 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2018年第6期1233-1241,共9页
采用有机体系(NMP+PVDF)混料及乙醇萃取的方法成功制得活性炭/LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2(AC/NCM)复合电极片,通过设计不同AC/NCM配比能够调控能量和功率密度。选取AC/NCM为1/3配比的复合正极和硬碳(HC)负极组装的超级电容电池循环... 采用有机体系(NMP+PVDF)混料及乙醇萃取的方法成功制得活性炭/LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2(AC/NCM)复合电极片,通过设计不同AC/NCM配比能够调控能量和功率密度。选取AC/NCM为1/3配比的复合正极和硬碳(HC)负极组装的超级电容电池循环伏安(CV)曲线呈现近似矩形的容性特征,恒流充放电过程电压随时间的变化(V-t曲线)呈现出良好的线性行为。此外,采用导电炭黑(SP)/碳纳米管(CNT)/石墨烯(graphene)=3/1/1的质量比设计了复合导电剂,立体导电网络的构建有效降低了器件内阻。按照IEC 62660—1标准,在2.5～4.2 V电压窗口,83.4 W/kg功率密度下测得的能量密度高达66.6 W·h/kg,在最大功率密度6.5 kW/kg下测得的能量密度为21.5 W·h/kg。器件充满电后在65℃高温存储168 h能量保有率为97.4%,且无任何胀气现象,平均自放电率为27.5 mV/天,表现出优良的高温特性。采用14 C和50 C电流循环充放电1000次后能量保有率分别为99.06%和96.45%,体现出该超级电容电池的长寿命优势。在12kW/kg平均放电功率密度下进行脉冲测试,连续放电100次后该器件仍表现出良好的稳定性,表明在车辆启动、脉冲器件等领域具有极大的应用潜力。 展开更多
关键词 超级电容电池 锂离子 活性炭 镍钴锰酸锂 复合正极
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不同负极材料对LiFePO_(4)高功率储能器件循环性能的影响 被引量：2
5
作者 张玉曼 范羚羚 杨重阳 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3245-3253,共9页
磷酸铁锂(LiFePO_(4),LFP)以低成本、高安全性、长循环寿命等优点在近些年来备受关注,然而市场上常见的LFP储能器件在0.1~2 C倍率的循环寿命为2000次左右。为了进一步开发高功率、长寿命的LFP储能器件,本文设计了容量为9 Ah的不同负极材... 磷酸铁锂(LiFePO_(4),LFP)以低成本、高安全性、长循环寿命等优点在近些年来备受关注,然而市场上常见的LFP储能器件在0.1~2 C倍率的循环寿命为2000次左右。为了进一步开发高功率、长寿命的LFP储能器件,本文设计了容量为9 Ah的不同负极材料(硬碳/软碳/石墨)软包储能器件。对4 C大倍率循环性能进行探究,发现4000次循环后,硬碳和软碳用作负极的储能器件的容量保持率分别为83.0%、78.9%,优于石墨(51.6%)。通过XRD、EIS、容量增量法和电压微分法等手段进行分析,发现接触内阻和SEI膜内阻增加,以及结构变化造成负极中锂离子的消耗是容量衰减的主要原因。进一步探究石墨用作负极时循环寿命差的原因,发现石墨用作负极时库仑效率较低,工作温度较高,dQ/dV峰值在循环过程中发生更大的位移,峰强的降幅也较大。由于石墨的层间距为0.335 nm,小于软碳(0.360 nm)和硬碳(0.395 nm),在反复脱嵌锂过程中石墨更易发生结构变化,造成体积膨胀,因此循环后接触电阻和SEI膜电阻增长幅度较高,锂离子扩散动力学也更差。与石墨相比,硬碳和软碳用作大倍率LFP储能器件的负极活性物质时具有更长的循环寿命。 展开更多
关键词 磷酸铁锂 硬碳 软碳 石墨 循环寿命
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硫系电解液添加剂对镍钴锰酸锂//石墨锂离子电池性能的影响 被引量：3
6
作者 夏恒恒 梁鹏程 安仲勋 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期2390-2400,共11页
本工作系统研究了6种添加剂[碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、硫酸乙烯酯(DTD)、1,3-丙二醇环硫酸酯(PCS)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、1,3-丙烯磺酸内酯(PST)]对镍钴锰酸锂(NCM111)//石墨体系锂离子电池电化学性能的影响,通过对比首... 本工作系统研究了6种添加剂[碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、硫酸乙烯酯(DTD)、1,3-丙二醇环硫酸酯(PCS)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、1,3-丙烯磺酸内酯(PST)]对镍钴锰酸锂(NCM111)//石墨体系锂离子电池电化学性能的影响,通过对比首次充放电效率、放电容量、倍率特性、低温放电能力、高温存储性能以及循环寿命等发现:VC在各方面性能比较均衡,碳碳双键(C=C)能够改善成膜特性,循环性能优异,可独立使用;ES在化成、循环和存储过程中因电解液持续分解而胀气,无法单独使用;硫酸酯添加剂(DTD和PCS)能够明显降低阻抗并提升低温性能,但高温性能稍差;磺酸内酯添加剂(PS和PST)对抑制高温胀气效果突出,含有双功能基团的PST循环性能及抑制电压衰减的能力优于PS,但低温阻抗较高。综合对比发现,单组分硫系添加剂在某些性能方面有自己的特色,但也存在显而易见的缺陷,无法独立使用。通过与VC进行等比例复配,硫系添加剂循环性能差的问题得以解决,而高首效、低内阻、大倍率和高温稳定性等特色功能得以保持,二元联用后的综合性能显著优于单组分添加剂,采用添加剂联用方式来改善电池综合性能是较佳选择。 展开更多
关键词 电解液 添加剂 硫系 锂离子 镍钴锰酸锂
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负极石墨/硬碳电极对循环性能的影响 被引量：2
7
作者 陈思 章庆林 +1 位作者 杨重阳 周义荣 《电源技术》 CAS 北大核心 2020年第4期485-488,共4页
锂离子电池的循环稳定性是判断其性能好坏的重要指标之一。通过在负极石墨中引入硬碳,并调控硬碳在石墨负极中的质量分数(分别为5%、10%、15%、20%及25%),研究不同硬碳含量对单体循环性能的影响。结果表明,随着硬碳质量分数的增加,电池... 锂离子电池的循环稳定性是判断其性能好坏的重要指标之一。通过在负极石墨中引入硬碳,并调控硬碳在石墨负极中的质量分数(分别为5%、10%、15%、20%及25%),研究不同硬碳含量对单体循环性能的影响。结果表明,随着硬碳质量分数的增加,电池的内阻呈现下降趋势,常温5 C连续不间断充放电2 000次后,5%~20%硬碳质量分数的电池容量几乎没有衰减。低温-20℃循环结果显示,随着硬碳含量的增加,低温循环逐步改善。同时,高温搁置性能显示,含15%~25%质量分数硬碳的电池具有较好的高温自放电电压保持率和较小的内阻变化率。综合分析后,得出在负极石墨中添加20%质量分数的硬碳不仅可以兼顾常温和低温循环性能,还在高温搁置上具有较好的性能。 展开更多
关键词 锂离子电池 石墨 硬碳 内阻 循环 高温搁置
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陶瓷隔膜在镍钴锰酸锂/石墨锂离子电池中性能
8
作者 吴明霞 杨重阳 +3 位作者 章庆林 陈思 安仲勋 周义荣 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2019年第4期725-731,共7页
陶瓷隔膜广泛应用在动力锂离子电池中,直接影响到电池的电性能。选取了6种商品化的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)/陶瓷复合膜和聚烯烃/陶瓷复合膜,研究了其表面形貌、接触角、透气度和吸液率。并选用这6种隔膜制作了容量为2A·h的镍钴锰... 陶瓷隔膜广泛应用在动力锂离子电池中,直接影响到电池的电性能。选取了6种商品化的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)/陶瓷复合膜和聚烯烃/陶瓷复合膜,研究了其表面形貌、接触角、透气度和吸液率。并选用这6种隔膜制作了容量为2A·h的镍钴锰酸锂/石墨软包锂离子电池,考察电池的内阻、自放电、容量、阻抗、倍率性能、循环寿命和高温浮充。结果表明,使用涂覆的陶瓷颗粒直径较小且均匀(0.2~0.5μm),高吸液率(2.0mg·cm^-2),低透气度[72s·(100mL)^-1]和较小内阻(4.65mΩ)的2号PET/陶瓷复合膜的锂离子电池综合性能最好,10C的高倍率下容量高达1C的94.9%,5C的大倍率循环500次后容量保持率高达102%,65°C高温浮充1000h后容量保持在初始的90.4%。 展开更多
关键词 陶瓷隔膜 锂离子电池 高温浮充 倍率性能 循环性能
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