航天先进电源材料与技术研究进展 被引量：1

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作者 尚妍欣 屈雯洁 +5 位作者 任学宁 陆宏波 杜玮 李丽 吴锋 陈人杰 《空天防御》 2024年第6期12-28,37,共18页

航天电源系统作为航天器的“能源心脏”,承担着电能高效存储和精准转换等关键任务,其运行稳定性关乎航天器各子系统的顺畅运作与整体效能发挥。随着航天任务日益复杂化和空间极端环境加剧,电源系统必须持续技术创新与性能迭代升级。基于... 航天电源系统作为航天器的“能源心脏”,承担着电能高效存储和精准转换等关键任务,其运行稳定性关乎航天器各子系统的顺畅运作与整体效能发挥。随着航天任务日益复杂化和空间极端环境加剧,电源系统必须持续技术创新与性能迭代升级。基于此,本文从太阳能电池、化学电池等器件材料与技术角度梳理其应对高能辐射、温度交替、高真空等极端环境的最新进展,阐述国内外空间电源材料与技术的最新发展动态,从基础研究与实际应用角度分析电源器件在航天极端环境中面临的关键挑战,展望未来航天电源技术的发展趋势及其在航天任务中的潜在应用前景,以期为推进航天先进电源材料与技术的发展应用提供有益借鉴与启示。 展开更多

关键词 航天电源 电源材料 太阳能电池 锂离子电池 核电池 燃料电池

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锂离子电池正极补锂技术研究进展 被引量：1

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作者 梅悦旎 屈雯洁 +5 位作者 程广玉 向永贵 陆海燕 邵晓丹 张益明 王可 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第1期77-89,共13页

锂离子电池在首次充电过程中,负极表面形成固态电解质界面膜(SEI膜)的过程会不可逆地消耗电池体系中的活性锂含量,影响电池的能量密度和循环寿命,这一现象在高比能设计的电池中表现尤为明显。通过补锂技术额外补充活性锂是解决这一问题... 锂离子电池在首次充电过程中,负极表面形成固态电解质界面膜(SEI膜)的过程会不可逆地消耗电池体系中的活性锂含量,影响电池的能量密度和循环寿命,这一现象在高比能设计的电池中表现尤为明显。通过补锂技术额外补充活性锂是解决这一问题的有效手段。从工艺角度进行区分,当前补锂技术主要分为负极补锂与正极补锂,其中正极补锂技术因其安全性和电池制造工艺兼容性高而受到广泛关注。正极补锂技术主要是指在锂离子电池的正极中添加具有高不可逆容量的含锂化合物,即正极补锂添加剂/正极补锂材料。当前主流的正极补锂材料主要包含二元含锂化合物、三元含锂化合物和有机含锂化合物。此外,正极补锂也可以通过设计过嵌锂正极材料实现活性锂补偿。本文总结了当前基于正极的补锂技术与策略,综述了正极补锂技术的最新研究进展以及在提升锂离子电池首次效率、能量密度及循环寿命中的应用情况,对当前主流的正极补锂策略进行对比分析,并对未来正极补锂策略进一步实现产业化应用作出展望。 展开更多

关键词 锂离子电池 正极补锂 能量密度 循环寿命

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基于碳-碳双键定量分析的HTPB固体推进剂老化性能研究

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作者 崔英翠 夏德斌 +3 位作者 李昱静 张健 林凯峰 杨玉林 《固体火箭技术》 北大核心 2025年第2期265-272,共8页

端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在长期贮存过程中,碳-碳双键(C■C)含量会逐渐降低,但目前只能对其进行定性分析。为此,通过液溴滴定的方式实现了对不同老化时间HTPB推进剂中的C■C含量的定量分析;同时,以测得的C■C含量为横坐标,以红外光谱... 端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在长期贮存过程中,碳-碳双键(C■C)含量会逐渐降低,但目前只能对其进行定性分析。为此,通过液溴滴定的方式实现了对不同老化时间HTPB推进剂中的C■C含量的定量分析;同时,以测得的C■C含量为横坐标,以红外光谱C■C特征峰吸收强度和推进剂的最大伸长率为纵坐标,分别进行回归方程的拟合及相关性分析。结果表明:在70℃下,HTPB固体推进剂加速老化112 d,C■C含量由6.79 mmol/g减少至6.29 mmol/g;C■C特征峰吸收强度和推进剂最大伸长率的回归方程拟合相关系数均大于0.9;液溴加成滴定检测固体推进剂中C■C含量的测试方法置信度达到99%,为推进剂的寿命预估提供了理论支撑。 展开更多

关键词 HTPB 固体推进剂 老化性能 滴定 加成反应 碳-碳双键

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再生冷却通道内超临界流动中的布雷斯悖论研究

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作者 邹浚波 刘朝阳 +2 位作者 李昕 张锦成 吴晓萌 《航空兵器》 北大核心 2025年第1期90-98,共9页

基于碳氢燃料的再生冷却系统是突破超燃冲压发动机长时间可靠运行的关键,加工误差可能导致的局部连通会改变系统流量分配,进而容易造成结构破坏。现有研究发现特定工况下微型网络通道内会发生流动的布雷斯悖论现象,即通道网络局部连通... 基于碳氢燃料的再生冷却系统是突破超燃冲压发动机长时间可靠运行的关键,加工误差可能导致的局部连通会改变系统流量分配,进而容易造成结构破坏。现有研究发现特定工况下微型网络通道内会发生流动的布雷斯悖论现象,即通道网络局部连通时系统流量反而低于不连通情况。本文重点探究宏观尺度条件下局部连接通道网络内是否会发生布雷斯悖论,关注该现象发生的条件及影响因素,研究系统流量变化对热防护系统换热特性的影响。首先基于数值模拟方法,证明了布雷斯悖论现象的存在,即特定工况下连接通道开启状态的H型通道总流量反而小于连接通道关闭状态下的总流量。然后考虑障碍物位置、大小、连通位置以及宽度等因素,对比分析了仿真结果与平行冷却通道的系统流量大小,在此基础上总结了布雷斯悖论现象发生的规律。 展开更多

关键词 再生冷却通道 布雷斯悖论 超临界流体 对流换热

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高能量密度与高功率密度兼顾型锂离子电池研究现状与展望

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作者 刘通 杨瑰婷 +4 位作者 毕辉 梅悦旎 刘硕 宫勇吉 罗文雷 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第1期54-76,共23页

锂离子电池已成为当前应用最广泛的储能器件,能量密度、功率密度是评价其性能的两个重要参数。然而,高能量密度与高功率密度存在矛盾,有着“此消彼长”的现象。发展高能量密度和高功率密度兼顾型锂离子电池(简称双高型锂离子电池)对于... 锂离子电池已成为当前应用最广泛的储能器件,能量密度、功率密度是评价其性能的两个重要参数。然而,高能量密度与高功率密度存在矛盾,有着“此消彼长”的现象。发展高能量密度和高功率密度兼顾型锂离子电池(简称双高型锂离子电池)对于进一步满足高效能、现代化装备(如特种装备、电动无人机等)具有重要意义。关键新材料是决定双高型锂离子电池性能的基本和核心因素,电池性能的跃升需要从储能机制、新材料制备技术出发。本文首先介绍了双高型锂离子电池的定义及关键性能指标,随后综述了双高型锂离子电池关键正极、负极材料及其改性策略等方面的研究进展,以及不同类型的电解质对锂离子电池性能的影响,并对双高型锂离子电池的设计和研发进行了讨论,总结了研究现状、面临的挑战和未来发展趋势,为下一代双高型锂离子电池的设计开发提供了新思路。 展开更多

关键词 双高型锂离子电池 高能量密度 高功率密度 高容量高倍率电极材料 高电压高导电电解质 电池设计

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复合衬底薄膜砷化镓太阳电池技术研究

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作者 郭哲俊 施祥蕾 +7 位作者 周丽华 张占飞 钱勇 吴敏 李彬 王波 孙利杰 王训春 《微纳电子技术》 2025年第1期48-54,共7页

针对薄膜砷化镓(GaAs)太阳电池,提出了一种复合衬底结构及其一体化制备方法。采用微加工方法使该薄膜砷化镓太阳电池的复合式柔性衬底的厚度降低至15μm,薄膜GaAs太阳电池整体面密度低至95 g/m^(2),光刻形成的金属微孔使砷化镓与衬底背... 针对薄膜砷化镓(GaAs)太阳电池,提出了一种复合衬底结构及其一体化制备方法。采用微加工方法使该薄膜砷化镓太阳电池的复合式柔性衬底的厚度降低至15μm,薄膜GaAs太阳电池整体面密度低至95 g/m^(2),光刻形成的金属微孔使砷化镓与衬底背面底电极电学导通。此外,提出的复合衬底一体化制备方法可避免传统薄膜GaAs电池键合过程对砷化镓外延层造成的影响,提高太阳电池工艺可靠性。薄膜GaAs太阳电池电性能测试及疲劳测试结果均表明该一体化制备方法在提高工艺可行性、降低工艺复杂度的同时其电池电性能无明显降低。该复合衬底的薄膜GaAs太阳电池及其一体化制备方法在未来有着广阔的应用前景。 展开更多

关键词 薄膜太阳电池 复合衬底 砷化镓(GaAs) 柔性薄膜电池 面密度

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基于多尺度模拟的航天器用镧锶锰氧热控涂层光吸收性能研究

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作者 郭昊峰 汪新智 +4 位作者 侯光耀 马一高 韩骁 卢松涛 吴晓宏 《航天器环境工程》 2025年第2期201-207,共7页

热控涂层是对航天器进行温度控制的重要手段。通过建立多尺度模拟体系,可以更深入理解新型热控材料的物理化学性质。针对La_(0.75)Sr_(0.25)MnO_(3)(LSMO)热控涂层,文章提出一种结合原子尺度与微纳尺度的多尺度设计方法系统研究其光吸... 热控涂层是对航天器进行温度控制的重要手段。通过建立多尺度模拟体系,可以更深入理解新型热控材料的物理化学性质。针对La_(0.75)Sr_(0.25)MnO_(3)(LSMO)热控涂层,文章提出一种结合原子尺度与微纳尺度的多尺度设计方法系统研究其光吸收性能。首先,利用第一性原理计算方法,对LSMO材料的晶体结构进行了优化,并确定了其重要光学常数;然后,采用时域有限差分(FDTD)法对LSMO涂层在不同厚度下的光吸收特性进行了模拟。研究发现,LSMO涂层在太阳光谱区间内展现出高效的光吸收能力;并且当涂层厚度超过1μm时,其光吸收效率达到稳定状态。所做研究为揭示新型镧锶锰氧涂层的光学特性提供了理论支持,对于航天器热控涂层的设计及应用开发具有参考意义。 展开更多

关键词 镧锶锰氧 第一性原理计算 时域有限差分法 光吸收

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调控电解液溶剂组分实现LCO/C低温18650电池循环寿命显著提升 被引量：1

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作者 程广玉 刘新伟 +2 位作者 刘硕 顾海涛 王可 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2171-2180,共10页

低温18650电池的循环寿命一直是限制其发展的关键因素,为了实现长循环寿命与低温性能的兼顾,通过调控电解液溶剂组分,对比分析了不同电解液对电池倍率性能、高低温放电、荷电保持率、循环寿命、EIS阻抗变化等的影响。结果表明,电解液组... 低温18650电池的循环寿命一直是限制其发展的关键因素,为了实现长循环寿命与低温性能的兼顾,通过调控电解液溶剂组分,对比分析了不同电解液对电池倍率性能、高低温放电、荷电保持率、循环寿命、EIS阻抗变化等的影响。结果表明,电解液组分设计对电池性能有显著影响,通过低熔点的长链线性羧酸酯部分取代碳酸酯及短链羧酸酯,既可以实现较好的低温性能,同时又提升了高温稳定性。EP、PP的比例对于LCO/C电极体系循环稳定性有重要作用。其中溶剂组分EC+EP+PP(质量比2∶5∶3)具备最佳的综合性能,研制的LTB电池5C放电容量保持率达99.86%,-40℃/1C放电容量保持率达92.84%,循环1000次后低温-40℃/1C放电仍然达到初始低温放电容量的90%,常温循环1500次容量保持率达85%,低温-10℃循环500次容量保持率82.4%。 展开更多

关键词 低温 18650电池 电解液 循环寿命 锂离子电池

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基于等效电路模型融合电化学原理的锂离子电池荷电状态估计 被引量：3

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作者 李清波 张懋慧 +2 位作者 罗英 吕桃林 解晶莹 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3072-3083,共12页

准确高效地评估锂离子电池荷电状态(SOC)是确保电动汽车和储能设备性能和安全的关键。等效电路模型被认为是描述锂离子电池内部复杂反应过程的一种有效方法。针对基于等效电路模型的SOC估计准确性与复杂性难以权衡的问题,本研究采用一... 准确高效地评估锂离子电池荷电状态(SOC)是确保电动汽车和储能设备性能和安全的关键。等效电路模型被认为是描述锂离子电池内部复杂反应过程的一种有效方法。针对基于等效电路模型的SOC估计准确性与复杂性难以权衡的问题,本研究采用一阶RC模型作为基础,为了提高整个SOC区间的模型性能表现,通过电化学原理对模型进行优化,通过在一阶RC模型的OCV模块上添加反映电池内部固相扩散过程的改进误差项,在保证较低的计算复杂性的前提下,减小了等效电路模型与更准确的机理模型之间存在的误差。然后基于倍率测试以及脉冲测试数据对电池进行参数辨识,以粒子群算法为基础通过参数解耦的方式降低了参数辨识的复杂度、提升了辨识准确度;同时基于小倍率测试的开路电压(OCV)数据采用多项式方法进行OCV-SOC曲线拟合。随后基于模型参数辨识结果开展SOC估计研究,针对常规卡尔曼滤波准确度不足的问题,在无迹卡尔曼滤波基础上结合加权滑动窗口的思想以提升SOC估计的精确性和鲁棒性,并基于UDDS和DST动态工况测试数据进行算法验证,最终估计效果相对于传统方法呈现出优异的精度与鲁棒性,并且可以在初始SOC有较大偏差时快速收敛至准确值。 展开更多

关键词 锂离子电池 融合模型 荷电状态估计 无迹卡尔曼滤波

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TiO_(2)包覆高镍NCM811的电化学性能研究 被引量：1

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作者 叶创新 宛传友 +3 位作者 瞿诗霞 张俊林 陈光巳 陈志缘 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期161-166,共6页

高镍材料具有较好的电化学性能,但其存在着表面稳定性较差的问题,通过钛酸四丁酯在NCM811材料表面水解生成TiO_(2),改善了高镍材料的表面稳定性。利用SEM和TEM对改性后的材料进行表面分析,结果表明,实验成功将TiO_(2)层均匀地包覆在高镍... 高镍材料具有较好的电化学性能,但其存在着表面稳定性较差的问题,通过钛酸四丁酯在NCM811材料表面水解生成TiO_(2),改善了高镍材料的表面稳定性。利用SEM和TEM对改性后的材料进行表面分析,结果表明,实验成功将TiO_(2)层均匀地包覆在高镍NCM811表面,并且发现,在表面包覆过程中,还发生了体相掺杂。利用表面包覆和体相掺杂的共同作用,在1C放电的条件下,循环200圈后,材料的容量保持率从81.40%提升至92.39%,改善了材料的电化学性能。 展开更多

关键词 高镍材料 三元材料 表面包覆 二氧化钛 循环性能

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基于晶格大失配In_(0.58)Ga_(0.42)As材料的高效四结太阳电池

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作者 王波 周丽华 +6 位作者 施祥蕾 郭哲俊 钱勇 张占飞 李彬 孙利杰 王训春 《微纳电子技术》 CAS 2024年第5期52-58,共7页

Ⅲ-Ⅴ族晶格失配多结太阳电池是实现高效太阳电池的主要途径之一,但面临晶格失配材料的高质量生长及其所导致的子电池光电转换效率下降的难题。重点针对晶格失配子电池结构中的(AlGa)InAs缓冲层开展台阶层厚度优化研究,设计了150、200和... Ⅲ-Ⅴ族晶格失配多结太阳电池是实现高效太阳电池的主要途径之一,但面临晶格失配材料的高质量生长及其所导致的子电池光电转换效率下降的难题。重点针对晶格失配子电池结构中的(AlGa)InAs缓冲层开展台阶层厚度优化研究,设计了150、200和250 nm三组不同台阶层厚度的缓冲层结构,并完成三组样品的外延生长实验。通过材料测试和子电池电性能测试,系统分析了台阶层厚度对In_(0.58)Ga_(0.42)As材料外延生长质量和子电池电性能的影响。获得了晶格弛豫度为96.71%的In_(0.58)Ga_(0.42)As子电池材料,制备的子电池开路电压达到205.10 mV。在此基础上,结合GaInP/GaAs/In_(0.3)Ga_(0.7)As三结电池研制了晶格失配四结薄膜太阳电池,其光电转换效率达到32.41%(AM0,25℃)。 展开更多

关键词 四结太阳电池 晶格失配 In_(0.58)Ga_(0.42)As材料 缓冲层 台阶层厚度

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基于副边LLC谐振变换器的功率处理单元建模与分析

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作者 卢泓霖 吴鑫杰 +3 位作者 张德斌 屈诚志 张仲松 张宇 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期152-160,共9页

随着航空航天技术的不断发展,航天器对于霍尔电推进功率处理单元(PPU)的需求不断提高,高增益、大功率以及高效的PPU成为研究的主流方向。LLC拓扑能够在全负载范围内实现软开关,因此在PPU阳极电源中具有广阔的应用前景。原边LLC因其原副... 随着航空航天技术的不断发展,航天器对于霍尔电推进功率处理单元(PPU)的需求不断提高,高增益、大功率以及高效的PPU成为研究的主流方向。LLC拓扑能够在全负载范围内实现软开关,因此在PPU阳极电源中具有广阔的应用前景。原边LLC因其原副边增益特性,给阳极电源高增益变换器的谐振电感设计带来极大的挑战。针对上述问题,提出了一种改进的副边LLC谐振拓扑,在保留原边LLC谐振电路软开关特性的同时,有效解决了谐振电感设计问题,使得PPU阳极电源具备高增益的性能。首先利用时域分析法建立了副边LLC拓扑数学模型,其次在模型的基础上给出其峰值增益的计算方法,最后通过一台样机验证了所建模型的正确性并验证了副边LLC电路的有效性。 展开更多

关键词 PPU 阳极电源 副边LLC 时域分析法 高效率

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超薄柔性薄膜太阳电池及柔性电池阵设计与分析

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作者 郭哲俊 吴敏 +3 位作者 施祥蕾 吴庆 李文超 张恩杰 《中国航天》 2024年第9期42-47,共6页

针对未来我国空间太阳能电站发展,轻质的薄膜太阳电池及柔性太阳电池阵设计与研究将是提高和实现轻量化、高性能发电能力的重要解决手段。通过开发一种复合衬底结构及其一体化工艺方法将薄膜砷化镓太阳电池的衬底厚度降低至15μm,薄膜... 针对未来我国空间太阳能电站发展,轻质的薄膜太阳电池及柔性太阳电池阵设计与研究将是提高和实现轻量化、高性能发电能力的重要解决手段。通过开发一种复合衬底结构及其一体化工艺方法将薄膜砷化镓太阳电池的衬底厚度降低至15μm,薄膜太阳电池整体面密度低至95g/m^(2),并开展了电池电性能测试及疲劳测试。此外,面向空间太阳能电站工程化应用,开展了空间高压大功率薄膜太阳电池阵的电池电路设计与分析,为后续全柔性太阳电池阵在空间太阳能电站的应用提供了技术支撑。 展开更多

关键词 复合衬底 薄膜砷化镓太阳电池 高压大功率薄膜太阳电池阵

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磁洁净太阳电池电路技术进展与关键技术分析

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作者 赵文祺 杨宁 +3 位作者 梁一林 肖少龙 于振海 徐军 《上海航天（中英文）》 CSCD 2023年第4期67-72,共6页

随着重力、电磁场等科学探测任务需求的日益增强,对航天器整器的磁洁净度要求日益严格,尤其是光照条件下太阳电池电路的磁洁净度。本文基于国内外重大科学探测型号任务,梳理了国内外磁洁净太阳电池电路技术的发展历程、实现方式以及型... 随着重力、电磁场等科学探测任务需求的日益增强,对航天器整器的磁洁净度要求日益严格,尤其是光照条件下太阳电池电路的磁洁净度。本文基于国内外重大科学探测型号任务,梳理了国内外磁洁净太阳电池电路技术的发展历程、实现方式以及型号应用情况,并从正面布局、背面线缆以及基板厚度方向等方面系统分析了实现磁洁净太阳电池电路的关键技术:选用低磁材料、镜像对称布局与自由端线缆控制、补偿电缆,为后续磁洁净太阳电池电路技术的进一步突破提供参考。 展开更多

关键词 剩磁 磁洁净 太阳电池电路 技术进展 关键技术分析

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