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层状钒酸钾应用于高性能高温钠离子电池

Science China Materials 2022年第3期65卷 646-652页

作者：陈栋程亚飞潘洪革孙文平耿洪波芮先宏 School of Materials and Energy Guangdong University of TechnologyGuangzhou 510006China School of Materials Engineering Changshu Institute of TechnologyChangshu 215500China Institute of Science and Technology for New Energy Xi’an Technological UniversityXi’an 710021China School of Materials Science and Engineering State Key Laboratory of Silicon MaterialsZhejiang UniversityHangzhou 310027China

在大规模储能领域中,高温钠离子电池(SIBs)受到了广泛关注.然而,较低的充放电效率和较差的循环稳定性仍是制约高温钠离子电池发展的主要因素.因此,开发性能优异的电极材料是高温钠离子电池发展的关键.本工作中,我们通过简单的钾离子插... 详细信息

在大规模储能领域中,高温钠离子电池(SIBs)受到了广泛关注.然而,较低的充放电效率和较差的循环稳定性仍是制约高温钠离子电池发展的主要因素.因此,开发性能优异的电极材料是高温钠离子电池发展的关键.本工作中,我们通过简单的钾离子插入法制备了KV_(3)O_(8)纳米带作为高温钠离子电池的负极材料.在60℃高温下,KV_(3)O_(8)纳米带表现出高的储钠容量(在0.1 A g^(-1)电流密度下,可逆容量为414 mAh g^(-1))、卓越的倍率性能(在20 A g^(-1)的高电流密度下为220 mA h g^(-1))和优异的循环稳定性(10 A g^(-1)的电流密度下循环1000次,容量几乎没有衰减).此外,通过非原位XRD分析发现,KV_(3)O_(8)纳米带的结构在整个充放电过程中未发生明显变化,进一步证实了其优异的稳定性.本研究表明KV_(3)O_(8)纳米带具有成为高温钠离子电池负极材料的潜力.

关键词：钠离子电池充放电过程负极材料充放电效率倍率性能循环稳定性原位XRD 电流密度

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钠金属电池负极集流体改性的研究进展

硅酸盐学报 2023年第9期51卷 2306-2321页

作者：唐芳刘聪聪黄弘扬姚雨刘琳芮先宏余彦广东工业大学材料与能源学院中国科学技术大学材料科学与工程系

钠金属负极由于其理论比容量高(1 165 m A·h·g–1)、氧化还原电势低(–2.71 V vs.标准氢电极)和成本低，被认为是超越锂离子电池技术的理想候选材料。然而钠金属负极在实际应用中表现出钠枝晶生长和体积膨胀，导致其Coulomb效率低、... 详细信息

钠金属负极由于其理论比容量高(1 165 m A·h·g–1)、氧化还原电势低(–2.71 V vs.标准氢电极)和成本低，被认为是超越锂离子电池技术的理想候选材料。然而钠金属负极在实际应用中表现出钠枝晶生长和体积膨胀，导致其Coulomb效率低、循环寿命短等问题，这限制了其进一步发展。针对这些问题，研究者进行了大量工作，发现降低钠金属负极局部电流密度、增加钠成核位点、适当构建集流体孔隙缓解体积膨胀等手段，可以有效提高钠金属负极的循环稳定性。为此，本综述讨论了钠金属负极的主要问题；总结归纳了电沉积钠金属负极集流体的改性策略，包括三维集流体设计，掺杂、缺陷工程，晶种引入，缓冲层修饰；最后对高安全、高比能钠金属电池的未来发展提出展望。

关键词：钠金属电池钠金属负极集流体

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基于超低延迟SSD的页交换机制关键技术

计算机研究与发展 2024年第3期61卷 557-570页

作者：王紫芮蒋德钧中国科学院计算技术研究所先进计算机系统研究中心北京100190 处理器芯片全国重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

随着内存密集型应用的快速发展,应用对单机内存容量的需求日益增大.然而,受到颗粒密度的限制,内存容量的扩展度较低.页交换机制是进行内存扩展的经典技术,该机制通过将较少使用的内存页面暂存在存储设备,以达到扩展内存的目的.过去页交... 详细信息

随着内存密集型应用的快速发展,应用对单机内存容量的需求日益增大.然而,受到颗粒密度的限制,内存容量的扩展度较低.页交换机制是进行内存扩展的经典技术,该机制通过将较少使用的内存页面暂存在存储设备,以达到扩展内存的目的.过去页交换机制由于慢速磁盘的读写速度限制,无法被广泛应用.近年来,得益于超低延迟固态硬盘(solid state drive,SSD)的快速发展,页交换机制可以利用其低延迟的读写特性,提升页交换效率.然而,在低I/O延迟的情况下,传统页交换机制的I/O栈存在巨大的软件开销.首先对使用超低延迟SSD的Linux页交换机制进行测试与分析,发现现有页交换机制的主要瓶颈在于发送请求时存在队头阻塞问题、I/O合并和调度开销,以及内核返回路径上的中断处理和直接内存回收开销.基于分析结果,提出基于超低延迟SSD的页交换机制Ultraswap.Ultraswap在Linux I/O栈的基础上增加对轮询请求的处理,并降低I/O合并与调度开销,实现轻量级的I/O栈.基于Ultraswap的I/O栈,对内核页交换机制的换入与换出路径进一步优化.通过优化对缺页、直接内存回收的处理,降低页交换机制关键路径上的时间开销.实验结果表明Ultraswap在应用测试场景下相比Linux页交换机制能够提升19%的平均性能;在可使用内存比例为20%的情况下,Ultraswap可达到33%的性能提升.

关键词：页交换 I/O栈超低延迟SSD 轮询 NVMe SSD

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钾离子电池无机正极材料的研究进展

硅酸盐学报 2020年第7期48卷 1025-1033页

作者：张香华骆微芮先宏余彦广东工业大学材料与能源学院广州510080 中国科学技术大学材料科学与工程系合肥230026

钾离子与锂离子相比,钾离子的质量重且离子半径大,使其在电极材料中的扩散较困难并会产生较大的结构应力造成电极坍塌,这给钾离子电池的研发带来了极大的挑战,尤其是正极材料。针对这些问题,研究者们做了大量的探索工作,其中层状金属氧... 详细信息

钾离子与锂离子相比,钾离子的质量重且离子半径大,使其在电极材料中的扩散较困难并会产生较大的结构应力造成电极坍塌,这给钾离子电池的研发带来了极大的挑战,尤其是正极材料。针对这些问题,研究者们做了大量的探索工作,其中层状金属氧化物、聚阴离子型化合物、普鲁士蓝及其类似物等正极材料展现出了较好的储钾性能。因此,详细概述了这些正极材料的最新研究进展,主要包括钾离子的脱嵌机理、电化学性能、存在的问题和改性策略。最后,对钾离子电池正极材料的未来研究方向作出展望。

关键词：钾离子电池正极材料层状金属氧化物聚阴离子化合物普鲁士蓝及其类似物

高稳定性微球结构硫化钒负极材料的合成与储钠性能

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硅酸盐学报 2022年第1期50卷 2-8页

作者：程肆灵骆微郑坤雄芮先宏广东工业大学材料与能源学院广州510080

VS_(4)是极具发展前景的储钠负极材料之一,它具有一维链状结构,链间距远大于钠离子半径(0.583 nm vs.0.102 nm),且理论储钠容量高达1196 mA·h/g。然而,在反复的充放电循环过程中,该电极材料体积会发生剧烈地膨胀收缩,最终导致结构崩塌... 详细信息

VS_(4)是极具发展前景的储钠负极材料之一,它具有一维链状结构,链间距远大于钠离子半径(0.583 nm vs.0.102 nm),且理论储钠容量高达1196 mA·h/g。然而,在反复的充放电循环过程中,该电极材料体积会发生剧烈地膨胀收缩,最终导致结构崩塌,电池循环稳定性差、容量衰减等问题,严重限制了VS_(4)的实际应用。为此,提出构筑高稳定性微球结构VS_(4)(直径约1μm)。独特的三维微球结构,可以缓解体积膨胀,提高循环稳定性,改善电化学反应动力学。当用作钠离子电池负极材料时,电池表现出优异的倍率性能(372 m A·h/g@2.0 A/g和297 m A·h/g@5.0 A/g)和长循环稳定性(5.0 A/g下稳定循环100圈)。

关键词：钠离子电池负极材料四硫化钒三维微球

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出版社文创IP开发策略与链路拓展研究

出版广角 2024年第7期 15-20页

作者：邝芮人民文学出版社

文化产业转型升级背景下,文创IP开发成为许多出版社融合发展的重要路径。出版社可以通过综合开发策略、垂直下沉策略、单点突破策略、超级品牌策略开创文创IP,通过挖掘用户需求、重组资源、拓宽传播渠道、跨界合等拓展IP链路。针对出版... 详细信息

文化产业转型升级背景下,文创IP开发成为许多出版社融合发展的重要路径。出版社可以通过综合开发策略、垂直下沉策略、单点突破策略、超级品牌策略开创文创IP,通过挖掘用户需求、重组资源、拓宽传播渠道、跨界合等拓展IP链路。针对出版文创开发面临的版权、体制机制、市场风险等挑战,出版社可采用挖掘公版资源、拓展合作渠道、深化市场调研、坚持创新驱动和品牌建设等策略,积极探索和创新文创IP开发的路径,推动文化产业的高质量发展。

关键词：出版IP 出版文创融合发展跨界联名文化产业

Al_(2)O_(3)原位修饰Al集流体促进钠均匀沉积/剥离

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广东工业大学学报 2023年第6期40卷 88-94页

作者：唐芳夏荣庆芮先宏广东工业大学材料与能源学院广东广州510006

钠金属电池因其高理论比容量和低成本被认为是最具发展前景的大规模储能电池之一。然而,钠金属的高反应活性,易导致固体电解质界面膜不稳定、钠不均匀沉积、枝晶生长等问题。为此,本文采用简单的一步煅烧法制备了一种Al_(2)O_(3)原位修... 详细信息

钠金属电池因其高理论比容量和低成本被认为是最具发展前景的大规模储能电池之一。然而,钠金属的高反应活性,易导致固体电解质界面膜不稳定、钠不均匀沉积、枝晶生长等问题。为此,本文采用简单的一步煅烧法制备了一种Al_(2)O_(3)原位修饰的Al箔集流体(Al@Al_(2)O_(3)),促进钠均匀沉积/剥离。在充放电过程中,A1_(2)O_(3)被钠化形成一层高离子电导率的Na-Al-O膜,其不仅能稳定电极/电解液界面,还能调节集流体表面的成核行为,降低成核能垒、提高离子传质动力学,实现无枝晶均匀沉积和长循环寿命。结果表明,在3 mA·cm^(-2)电流密度和3 mAh·cm^(-2)面容量下,Al@Al_(2)O_(3)能以99.6%的平均库伦效率使钠稳定沉积/剥离50次;在1 mA·cm^(-2)电流密度和1 mAh·cm^(-2)面容量条件下,Na-Al@Al_(2)O_(3)‖Na-Al@Al_(2)O_(3)对称电池能稳定循环1000 h;甚至在10 C的高电流密度下,NVP‖Na-Al@Al_(2)O_(3)全电池也能稳定循环250次,且容量保持率高达94%。

关键词：钠金属电池钠金属负极无枝晶高界面稳定性 Al@Al_(2)O_(3)

锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备及性能研究

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锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备及性能研究

作者：芮先宏中国科学技术大学

学位级别：硕士

自从1990年Sony公司将锂离子电池产业化后,锂离子电池已经成为目前最有效的储能电源系统,并广泛应用于通讯产品、数码产品、混合电动汽车和电动汽车等领域。但是,随着人们对于能量更高、寿命更长、安全性更好的锂离子电池的追求,现有的... 详细信息

自从1990年Sony公司将锂离子电池产业化后,锂离子电池已经成为目前最有效的储能电源系统,并广泛应用于通讯产品、数码产品、混合电动汽车和电动汽车等领域。但是,随着人们对于能量更高、寿命更长、安全性更好的锂离子电池的追求,现有的工业化应用材料如正极LiCoO和负极石墨已经难以满足。因此,科研工作者们正积极的开发新型电极材料以满足未来锂离子电池的发展需求。众所周知,正极材料是锂离子电池中最关键的部分,因为它在很大程度上决定了电池的整体成本、能量、使用寿命及安全性能等。本硕士论文主要是研究新型的锂离子电池正极材料LiV(PO)。在论文第一章中,作者简要地介绍了电池的发展历史和锂离子电池的结构及工作原理,并综述了锂离子电池常见电极及电解质材料以及磷酸钒锂正极材料的研究进展。在第二章中,主要介绍了本论文中所用到的实验仪器和方法,详细阐述了实验用扣式电池的制备过程以及常用的结构和电化学测试手段。在第三章中,作者采用固相碳热还原法以蔗糖为碳源合成了具有单斜结构的LiV(PO)/C复合正极材料。考察了烧结温度和蔗糖添加量对LiV(PO)/C物理性能和电化学性能的影响。结果表明,在750oC、蔗糖添加量为n(蔗糖):n(LVP)=0.4:1摩尔比时合成的LiV(PO)/C样品具有最好的电化学性能,尤其是倍率性能。第四章是在上一章的基础上着重研究了四种不同碳源即柠檬酸、葡萄糖、PVDF和淀粉对合成的LiV(PO)/C复合材料的物理性能和电化学性能的影响。残碳量测定,发现基于柠檬酸合成的LiV(PO)/C样品的残碳量最低,为1.33%。电化学测试表明,基于PVDF碳源合成的LiV(PO)/C样品的阻抗最小,具有最好的倍率性能。在第五章中,作者还采用了溶胶-凝胶法,以草酸为络合剂、麦芽糖为碳源合成了具有单斜结构的LiV(PO)/C复合正极材料,并对材料的物理性质和电化学性能进行了研究。着重考察了两个重要的合成因素:烧结温度和残碳量。结果表明,电化学性能最好的样品是在750oC下合成的残碳量为11.6 wt%的LiV(PO)/C样品。在3.0-4.3 V电压范围内,从0.5C(125 mAh g-1)到5C(116mAh g-1)容量只有7.2%的衰减,甚至在10C下还高达82 mAh g-1。在第六章中,作者用三种不同的方法CV、GITT和EIS对LiV(PO)/C中锂离子的扩散系数( Ltriu+eD和Lapi+pD )进行了测定。结果表明,由CV测得的DLi+在10-10-10-11 cm2 s-1数量范围内;EIS测得的单相区内的真实扩散系数为10-9-10-10 cm2 s-1;而用GITT测得的Ltriu+eD和Lapi+pD分别为0-9 cm2 s-1和10-8-10-13 cm2 s-1。另外,对于单相区内的真实扩散系数,这三种方法算出的结果比较吻合,在10-9-10-10 cm2 s-1范围内。最后,在第七章中,作者对本论文的创新和不足之处进行了总结并对未来的研究工作提出了展望。

关键词：锂离子电池正极材料磷酸钒锂碳热还原法溶胶-凝胶法碳源碳包覆倍率性能扩散系数

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基于超低延迟SSD的页交换关键技术

计算机研究与发展 2024年

作者：王紫芮 * 蒋德钧先进计算机系统研究中心(中国科学院计算技术研究所) 中国科学院大学处理器芯片全国重点实验室(中国科学院计算技术研究所)

随着内存密集型应用的快速发展，应用对单机内存容量的需求日益增大.然而，受到颗粒密度的限制，内存容量的扩展度较低.页交换机制是进行内存扩展的经典技术，该机制通过将较少使用的内存页面暂存在存储设备，以达到扩展内存的目的.过... 详细信息

随着内存密集型应用的快速发展，应用对单机内存容量的需求日益增大.然而，受到颗粒密度的限制，内存容量的扩展度较低.页交换机制是进行内存扩展的经典技术，该机制通过将较少使用的内存页面暂存在存储设备，以达到扩展内存的目的.过去页交换机制由于慢速磁盘的读写速度限制，无法被广泛应用.近年来，得益于超低延迟固态硬盘（solid state drive, SSD）的快速发展，页交换机制可以利用其低延迟的读写特性，提升页交换效率.然而，在低I/O延迟的情况下，传统页交换机制的I/O栈存在巨大的软件开销.首先对使用超低延迟SSD的Linux页交换机制进行测试与分析，发现现有页交换机制的主要瓶颈在于发送请求时存在队头阻塞问题、I/O合并和调度开销，以及内核返回路径上的中断处理和直接内存回收开销.基于分析结果，提出基于超低延迟SSD的页交换机制Ultraswap.Ultraswap在Linux I/O栈的基础上增加对轮询请求的处理，并降低I/O合并与调度开销，实现轻量级的I/O栈.基于Ultraswap的I/O栈，对内核页交换机制的换入与换出路径进一步优化.通过优化对缺页、直接内存回收的处理，降低页交换机制关键路径上的时间开销.实验结果表明Ultraswap在应用测试场景下相比Linux页交换机制能够提升19%的平均性能；在可使用内存比例为20%的情况下，Ultraswap可达到33%的性能提升.

关键词：页交换 I/O栈超低延迟SSD 轮询 NVMe SSD