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锌在正极材料上的欠电位沉积:水系锌离子电池中的一种可避免的衰减机理

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Science Bulletin 2022年第18期67卷 1882-1889,M0004页

作者：朱少华戴宇航李景昊叶楚梅周万海余若瀚廖小彬李坚涛张伟宗伟陈儒维何冠杰晁栋梁安琴友 State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China Laboratory of Advanced Materials Shanghai Key Laboratory of Molecular Catalysis and Innovative Materialsand School of Chemistry and MaterialsFudan UniversityShanghai 200433China Christopher Ingold Laboratory Department of ChemistryUniversity College LondonLondon WC1H 0AJUK Electrochemical Innovation Laboratory Department of Chemical EngineeringUniversity College LondonLondon WC1E 7JEUK State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China Department of Materials Science and Metallurgy University of CambridgeCambridge CB30FSUK

水系锌离子电池由于其低成本、高安全、高容量等特点,在大规模储能方面极具应用前景.然而其实际应用严重受限于其较差的循环寿命.本文揭示了正极材料上的锌金属的欠电位沉积现象,该反应具有高度的不可逆性,导致水系锌离子电池性能衰减.... 详细信息

水系锌离子电池由于其低成本、高安全、高容量等特点,在大规模储能方面极具应用前景.然而其实际应用严重受限于其较差的循环寿命.本文揭示了正极材料上的锌金属的欠电位沉积现象,该反应具有高度的不可逆性,导致水系锌离子电池性能衰减.结合实验和理论模拟方法,揭示出该欠电位沉积过程符合二维成核和生长模型,在热力学上是一种可行的机制.此外,发现该现象广泛存在于VO_(2)//Zn、TiO_(2)//Zn和SnO_(2)//Zn等体系中.通过控制电池的电压区间下限,显著地消除了正极上的锌欠电位沉积,缓解了电池的退化.本工作为水系锌离子电池的性能衰减提供了新的见解,并启发电池研究者关注电池体系中的金属欠电位沉积现象.

关键词：锌离子电池正极材料循环寿命不可逆性欠电位沉积性能衰减衰减机理生长模型

10 kW质子交换膜燃料电池电堆模拟工况下耐久性测试及衰减机理研究

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中国科学:化学 2023年第9期53卷 1792-1800页

作者：陈宏鲁亮董江波池滨廖世军华南理工大学化学与化工学院广州510641 深圳市雄韬电源科技股份有限公司深圳518120 广东省能源集团研究院有限公司广州510500

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的耐久性是影响其在交通领域实际应用的关键因素,尤其是在复杂的工况运行过程中,对PEMFC的耐久性更是严峻的考验.因此,掌握质子交换膜燃料电池的耐久性规律,了解清楚其性能衰减(尤其是膜电极的衰减)机理至关重... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的耐久性是影响其在交通领域实际应用的关键因素,尤其是在复杂的工况运行过程中,对PEMFC的耐久性更是严峻的考验.因此,掌握质子交换膜燃料电池的耐久性规律,了解清楚其性能衰减(尤其是膜电极的衰减)机理至关重要.基于此,本文对一台10 kW电堆进行长达2050 h的工况循环测试,发现经过工况循环测试后电堆的性能发生了明显的衰减,并获得了电堆性能衰减的特性及其规律.为了找出衰减的原因及机理,对工况测试前后电堆中膜电极(MEA)及其关键组件进行了分析,包括研究了催化层结构的变化、催化剂的铂颗粒大小及电化学活性比表面积(ECSA)的变化、气体扩散层结构的变化、电堆的阻抗(EIS方法测试)变化.分析结果表明,膜电极性能的衰减是电堆性能衰减最为关键的因素,膜电极经过长时间的工况循环之后,出现了程度不同的催化剂铂颗粒长大、铂的溶出及迁移及催化层结构的破坏,这些导致了膜电极性能的衰减及失效.本工作的成果对于进一步认识大功率质子交换膜燃料电池电堆衰减的规律及机理、提升燃料电池耐久性的研究将具有重要参考价值.

关键词：质子交换膜燃料电池电堆膜电极耐久性衰减机理

富锂正极材料的衰减机理及循环稳定性提升的研究进展

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应用化学 2022年第2期39卷 205-222页

作者：赵莹邵奕嘉李罗钱任建伟廖世军华南理工大学化学与化工学院广东省燃料电池重点实验室广州510641 约翰内斯堡大学机械工程科学系约翰内斯堡ZA-2092

富锂正极材料xLi_(2)MnO_(3)·(1-x)LiMO_(2)(M=Ni,Co,Mn等,0 详细信息

富锂正极材料xLi_(2)MnO_(3)·(1-x)LiMO_(2)(M=Ni,Co,Mn等,0衰减严重等问题,严重阻碍了材料的发展和实际应用进程。为了解决材料存在的这些问题,尤其是其循环稳定性不足及电压衰减的问题,近年来人们在富锂正极材料衰减机理及稳定性提升方面开展了大量的研究工作,并取得了一些重要的进展。本文介绍了富锂正极材料的结构及其工作原理,着重介绍了近年来关于富锂正极材料衰减机理及提升富锂正极材料稳定性方面的研究工作,并对这类材料的发展前景和下一步的研究工作进行了展望。

关键词：锂离子电池富锂正极材料衰减机理稳定性提升体相掺杂表面包覆

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浸泡作用下碎石土剪切强度衰减规律及机理

地质科技通报 2022年第6期41卷 294-300页

作者：王剑应春业胡新丽徐锦宏宗浩梁劲李岚星中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074 湖北省地质灾害防治中心武汉430034

水库蓄水后,滑坡体碎石土经受长时期的浸泡,力学性质发生改变,从而影响滑坡整体稳定性。为探究浸泡对碎石土力学性质的影响规律,选取三峡库区马家沟滑坡后缘未经受长期浸泡作用的碎石土进行大型直剪试验,分析了不同浸泡天数下碎石土的... 详细信息

水库蓄水后,滑坡体碎石土经受长时期的浸泡,力学性质发生改变,从而影响滑坡整体稳定性。为探究浸泡对碎石土力学性质的影响规律,选取三峡库区马家沟滑坡后缘未经受长期浸泡作用的碎石土进行大型直剪试验,分析了不同浸泡天数下碎石土的剪切力学性质。试验结果表明:浸泡40 d后,碎石土黏聚力下降幅度达39%,内摩擦角下降幅度为8.3%;碎石土黏聚力在浸泡前期快速下降,下降速率随浸泡天数增加而降低,浸泡20 d后,黏聚力基本达到稳定。为探究碎石土抗剪强度降低的原因和机理,对粉质黏土(碎石土细粒成分)进行了三轴剪切试验、激光粒度分析及浸出液阳离子分析等试验,揭示了碎石土抗剪强度的衰减机理为:浸泡作用下,碎石土中的粉质黏土发生矿物溶解、离子交换与吸附作用,土体中大颗粒细化,胶结作用减弱,进而导致碎石土整体抗剪强度降低。研究结果对库区碎石土滑坡评价与治理具有一定的指导意义。

关键词：碎石土浸泡大型直剪试验三轴剪切试验剪切强度强度衰减衰减机理

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钌基氧化物酸性析氧电催化剂

科学通报 2024年

作者：万仁典黄广幸刘庆勋赵伯特华南理工大学环境与能源学院

质子交换膜(proton exchange membrane, PEM)电解水技术是一种很有前景的绿色制氢技术,但其酸性操作环境对催化剂的性质提出更苛刻的要求.目前,可商业化应用于PEM电解水技术酸性析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)的催化剂主要... 详细信息

质子交换膜(proton exchange membrane, PEM)电解水技术是一种很有前景的绿色制氢技术,但其酸性操作环境对催化剂的性质提出更苛刻的要求.目前,可商业化应用于PEM电解水技术酸性析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)的催化剂主要为贵金属铱(Ir)基材料.与Ir基材料相比,钌(Ru)基氧化物催化剂具有成本相对较低的优势.然而, Ru基氧化物催化剂在酸性介质中的稳定性较差.因此,迫切需要研制出在酸性电解质中高效稳定的Ru基氧化物OER催化剂.本文综述了Ru基氧化物催化剂的理论稳定性、析氧反应机理和理论活性,随后探讨了该催化剂在析氧反应过程中的性能衰减机理,并进一步讨论了提高其反应活性和稳定性的设计策略.本文最后总结了Ru基氧化物催化剂目前面临的挑战,并提出了相应的展望.

关键词：电解水钌基氧化物衰减机理催化剂设计策略

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燃料电池膜电极失效原因及机理分析

能源与节能 2024年第3期 44-46,54页

作者：石锟上海捷氢科技股份有限公司上海201800

质子交换膜燃料电池的寿命与其核心部件质子交换膜的耐久性密切相关。为了探究影响膜电极耐久性的主要因素,采用扫描电子显微镜、 X射线荧光光谱仪、弹性模量测试等方法,对工况耐久循环后的失效膜电极进行了分析。结果表明,质子交换膜... 详细信息

质子交换膜燃料电池的寿命与其核心部件质子交换膜的耐久性密切相关。为了探究影响膜电极耐久性的主要因素,采用扫描电子显微镜、 X射线荧光光谱仪、弹性模量测试等方法,对工况耐久循环后的失效膜电极进行了分析。结果表明,质子交换膜树脂层脱落、增强层变形是导致膜电极窜漏失效的主要原因。进一步测试结果显示,膜电极中过渡金属元素局部富集,且其弹性模量在横向和纵向分别衰减了14%和25%。基于表征数据,深入研究了质子交换膜的失效机理,并提出了后续改进迭代方向。

关键词：燃料电池膜电极失效原因衰减机理

海绵城市LID设施运行效能衰减机理及寿命分析研究综述

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水资源与水工程学报 2022年第5期33卷 45-52,61页

作者：郭超王璐瑶谢潇牛岩王益权陕西省土地工程建设集团自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室陕西西安710075 陕西省土地工程建设集团陕西省土地整治工程技术研究中心陕西西安710075 陕西省土地工程建设集团自然资源部土地工程技术创新中心陕西西安710075 西北农林科技大学陕西杨凌712100

为了研究海绵城市LID设施长期受纳降雨径流后填料理化性质的演变规律,揭示设施运行效率的衰减过程及机理,探索设施合理的使用寿命,以海绵城市LID设施为研究对象,从设施填料理化性质与水分入渗和污染净化能力的关系、入渗性能改变及污染... 详细信息

为了研究海绵城市LID设施长期受纳降雨径流后填料理化性质的演变规律,揭示设施运行效率的衰减过程及机理,探索设施合理的使用寿命,以海绵城市LID设施为研究对象,从设施填料理化性质与水分入渗和污染净化能力的关系、入渗性能改变及污染物吸附饱和、LID设施运行效能衰减及运行寿命几个方面,通过文献资料综合评述国内外研究的进展与不足。结果表明:现有研究大多围绕LID设施结构、效果与影响机制展开,对其填料理化性质的演变规律、入渗性能改变及污染物吸附饱和等缺乏系统研究,对设施运行效率的阶段性、动态化衰减过程研究鲜见报道,制约设施运行寿命的机理不明确,影响其合理使用。建议今后从以下3个方面开展进一步研究:(1)明确LID设施填料在运行期间理化性质的动态演变过程,发展基于LID设施水量调控和污染物净化效果的新方法;(2)揭示填料入渗性能和污染物吸附量随运行时间尺度的变化规律,从径流水质、材料两个方面探索海绵城市集中入渗条件下,LID设施不同填料发生堵塞和污染物吸附饱和的内在机理及驱动因子;(3)阐明LID设施运行效能衰减机制,建立LID设施运行效能衰减评价方法,进一步研究并确定LID设施合理的使用寿命。

关键词：海绵城市 LID设施理化性质水分入渗污染物净化衰减机理寿命分析

动态疲劳荷载下玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减及机理研究

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硅酸盐通报 2022年第3期41卷 810-817页

作者：郭寅川谢波周利超赵子豪黄炜长安大学公路学院西安710064 中交路桥华南工程有限公司中山528405 空后代建办北京100035

为了探究动态疲劳荷载作用下玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减规律及机理,基于抗渗性优选了玄武岩纤维最佳参数;利用自主研发的加载装置设计了疲劳试验,分析疲劳荷载下电通量的变化规律;研究了荷载作用下微观结构的演化以揭示玄武岩纤维混凝... 详细信息

为了探究动态疲劳荷载作用下玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减规律及机理,基于抗渗性优选了玄武岩纤维最佳参数;利用自主研发的加载装置设计了疲劳试验,分析疲劳荷载下电通量的变化规律;研究了荷载作用下微观结构的演化以揭示玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减机理。结果表明:混凝土抗渗性随玄武岩纤维长度和掺量增加呈现先增强后减弱的变化规律,基于抗渗性推荐玄武岩纤维的最佳长度为12 mm,掺量为0.08%(质量分数);随疲劳作用次数和应力比增加,玄武岩纤维混凝土电通量增加幅度低于基准混凝土,其更适合在重载、重交通地区应用;玄武岩纤维细化了混凝土孔结构,无害孔比例增加18.51%,疲劳荷载下混凝土孔径呈扩张趋势,孔分布呈粗化状态;疲劳加载前期混凝土微裂缝主要沿长度方向延伸,而加载后期以宽度扩展为主;玄武岩纤维延缓了混凝土孔结构劣化和微裂缝扩展,从而降低了抗渗性衰减幅度。

关键词：玄武岩纤维混凝土动态疲劳荷载抗渗性衰减机理孔结构微裂缝

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退役三元电池再利用时衰减机理分析

电源技术 2023年第2期47卷 176-180页

作者：范茂松张明杰裘吕超耿萌萌中国电力科学研究院有限公司北京100192 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江杭州310014

以某型号退役三元电池为研究对象,评测了电池的剩余寿命,研究了循环过程中电池交流阻抗的变化规律,分析了正负极的表面形貌、材料晶体结构以及石墨负极表面成分。结果表明:该型号退役三元电池的剩余寿命大约在1870次,1200次循环后,欧姆... 详细信息

以某型号退役三元电池为研究对象,评测了电池的剩余寿命,研究了循环过程中电池交流阻抗的变化规律,分析了正负极的表面形貌、材料晶体结构以及石墨负极表面成分。结果表明:该型号退役三元电池的剩余寿命大约在1870次,1200次循环后,欧姆阻抗增大约16%,电荷转移阻抗增大了80%;正极材料出现裂纹且不断增大,最终出现严重的破裂,负极SEI膜逐渐变厚;正极材料的层状结构逐渐被破坏,晶格缺陷增加,负极材料的层间距持续增大;负极表面的LiF、Li_(2)O、C-Li和P-O/P=O化合物的相对含量逐渐增加,引起电荷转移阻抗的增加。该研究对退役三元电池再利用时性能评估、重组和管理有重要的指导意义。

关键词：梯次利用三元电池衰减机理