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LiFePO_(4)电池阴极板升温过程中逸出气体特征分析

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中国无机分析化学 2024年第3期14卷 372-378页

作者：王荣马悦李尧张玉魁黄倩国家能源集团新能源技术研究院有限公司北京102209 发电系统功能材料北京市重点实验室北京102209 中国科学院工程热物理研究所北京100190

LiFePO_(4)电池在电动汽车领域具有独特的优势且占有市场持续扩张和稳步增长,电池失效现象的正确理解和失效机理分析对锂离子电池性能的提升和技术改进有着重要作用。其中,电池材料在工作和升温过程中发生产气、热失控等因素为失效现象... 详细信息

LiFePO_(4)电池在电动汽车领域具有独特的优势且占有市场持续扩张和稳步增长,电池失效现象的正确理解和失效机理分析对锂离子电池性能的提升和技术改进有着重要作用。其中,电池材料在工作和升温过程中发生产气、热失控等因素为失效现象中最常见的原因,对LiFePO_(4)电池阴极材料在升温过程中的热行为和反应过程所产生的逸出气体种类及动态特征进行了分析。通过采用具有Skimmer采样接口的热分析-质谱联用设备TG-DSC-EI-MS对惰性气氛和氧气气氛下的反应过程热行为和逸出气体进行定性研究。结果揭示,惰性气氛下的分解反应主要集中在435~800℃,其逸出气体以H_(2)、H_(2)O、PF_(5)为主;氧气气氛下的燃烧反应过程分多个阶段,主要集中在四个温度区间:75~200、235~460、465~590、645~745℃,其逸出气体以H_(2)、H_(2)O、C_(x)H_(y)、CO_(2)等组分为主。不同气体组分受温度和气氛影响,其逸出动态特征也不尽相同,其中低温段逸出气体多为电池无机材料的分解和挥发为主,随着温度升高,逸出气体的产生以有机材料的分解和含碳材料的氧化为主,其中含氟气体的逸出行为贯穿整个升温过程中,^(19)F^(+)主要来源于热稳定性较差的LiPF_(6)。该研究结果为LiFePO_(4)电池使用过程中受温度和产气影响机理研究提供了基础信息和方向。

关键词：锂离子电池气体逸出逸出机理热分析热分析-质谱联用

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锂离子电池失控机理模拟

有色金属工程 2024年第1期14卷 23-31页

作者：赵璐璐张玉魁王荣马悦李尧黄倩国家能源集团新能源技术研究院有限公司北京102209 发电系统功能材料北京市重点实验室北京102209 中国科学院工程热物理研究所北京100190

锂离子电池由于存在热失控风险,安全性不能得到保障,在实际应用中仍存在局限。因此,了解热失控触发后电池的温度场变化规律,分析影响温度变化的因素是很有必要的。使用ANSYS FLUENT对锂离子电池进行模拟,建立了单体锂离子电池三维瞬态... 详细信息

锂离子电池由于存在热失控风险,安全性不能得到保障,在实际应用中仍存在局限。因此,了解热失控触发后电池的温度场变化规律,分析影响温度变化的因素是很有必要的。使用ANSYS FLUENT对锂离子电池进行模拟,建立了单体锂离子电池三维瞬态生热模型,通过模拟发电端不稳定导致的不同充放电波动功率输入下电池的温度场变化来研究电池内部热扩散规律;模拟锂离子电池局部内短路触发热失控后的温度场变化来分析热扩散规律。结果表明,锂离子电池的温度和壁面热流密度随输入电流的波动而波动。锂离子电池局部内短路触发后,热失控沿着电极纵向扩展的速率大于沿径向向外扩散的速率,增加对流换热系数能有效降低电池温度升温速率和幅度,降低电池触发热失控的可能性。研究热扩散规律对于实际应用中预测热失控、提高安全性、改善电池冷却工艺等提供了研究依据。

关键词：锂离子电池热失控温度场模拟传热模型

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锂离子电池储能设备安全风险分析及管控措施

内蒙古电力技术 2024年第3期42卷 1-7页

作者：刘宇张玉魁王荣马悦李尧金翼国家能源集团新能源技术研究院有限公司北京102209 发电系统功能材料北京市重点实验室北京102209

为了提升锂离子电池储能设备及电站的安全管理水平,亟需对锂离子电池储能设备的安全风险及其管控措施进行研究。通过调研国家及行业电化学储能相关政策、标准要求及其实际执行情况,发现当前锂离子电池储能设备安全风险管控措施执行不到... 详细信息

为了提升锂离子电池储能设备及电站的安全管理水平,亟需对锂离子电池储能设备的安全风险及其管控措施进行研究。通过调研国家及行业电化学储能相关政策、标准要求及其实际执行情况,发现当前锂离子电池储能设备安全风险管控措施执行不到位、标准体系不健全的问题,梳理储能电站建设、运行阶段存在的设备质量和安全风险,从设备设计及制造、系统集成、运维检修等方面深入分析产生安全风险的原因,针对性地提出了锂离子电池储能设备安全管控方案及具体措施,涵盖项目前期、建设期、运行期等阶段,实现对锂离子电池储能设备设计水平、制造质量及运行状态的有效监管,掌握设备健康状态,提前研判风险信息,以保障储能设备及电站的安全可靠运行。

关键词：锂离子电池储能设备系统集成运维检修安全风险

节线半金属AlB_(2)水环境下发生吸附后拓扑表面态变化

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物理学报 2024年第12期73卷 350-358页

作者：朱庞栋王长昊王如志北京工业大学材料科学与工程学院新能源材料与技术研究所新型功能材料教育部重点实验室北京100124

拓扑半金属,作为一种独特的拓扑电子态,近年来因其固有的拓扑特性和潜在的器件应用而备受研究关注.体-边界对应是拓扑半金属的一个关键特征,这意味着如果在体相中存在非平庸的能带拓扑,那么在表面会存在受拓扑保护导电状态,即拓扑表面态... 详细信息

拓扑半金属,作为一种独特的拓扑电子态,近年来因其固有的拓扑特性和潜在的器件应用而备受研究关注.体-边界对应是拓扑半金属的一个关键特征,这意味着如果在体相中存在非平庸的能带拓扑,那么在表面会存在受拓扑保护导电状态,即拓扑表面态(topological surface state,TSS).这一特征使其在电催化研究领域备受关注.本文采用第一性原理计算手段研究了AlB_(2)材料的拓扑性质,并构建(010)表面A1端面和B端面平板模型,计算得到了TSS的位置.研究了AlB_(2)表面吸附特性,发现Al端面氢吸附吉布斯自由能(ΔG_(H*))仅为-0.031 eV,相较于商业电催化析氢(hydrogen evolution reaction,HER)催化剂Pt的-0.08 eV更接近于0,展现出了优异的HER性能.观察了AlB_(2)表面吸附H,OH和H_(2)O后TSS的变化,发现当H吸附时TSS变化最显著,其次是OH吸附,H_(2)O因其电中性和弱的表面吸附对TSS的影响很微弱.并且在吸附前后,由于受拓扑保护TSS依旧存在,仅是能量发生了改变,证实了其在环境中的稳定性.本工作研究结果为不同吸附物对AlB_(2)的TSS的影响提供了系统的认识,为今后相关领域的理论和实验研究铺平了道路,也为拓扑材料的实际应用提供了理论支撑.

关键词：拓扑半金属拓扑表面态表面吸附

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功率器件封装结构热设计综述

中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2748-2773,I0020页

作者：王磊魏晓光唐新灵林仲康赵志斌李学宝北京智慧能源研究院北京市昌平区102209 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

半导体技术的进步使得芯片的尺寸得以不断缩小,倒逼着封装技术的发展和进步,也由此产生了各种各样的封装形式。当前功率器件的设计和发展具有低电感、高散热和高绝缘能力的属性特征,器件封装上呈现出模块化、多功能化和体积紧凑化的发... 详细信息

半导体技术的进步使得芯片的尺寸得以不断缩小,倒逼着封装技术的发展和进步,也由此产生了各种各样的封装形式。当前功率器件的设计和发展具有低电感、高散热和高绝缘能力的属性特征,器件封装上呈现出模块化、多功能化和体积紧凑化的发展趋势。为实现封装器件低电感设计,器件封装结构更加紧凑,而芯片电压等级和封装模块的功率密度持续提高,给封装绝缘和器件散热带来挑战。在有限的封装空间内,如何把芯片的耗散热及时高效地释放到外界环境中以降低芯片结温及器件内部各封装材料的工作温度,已成为当前功率器件封装设计阶段需要考虑的重要问题之一。该文聚焦于功率器件封装结构的散热方面,针对功率半导体器件在散热路径方面的结构设计进行归纳总结。通过对国内外功率器件封装结构设计的综述,梳理功率器件封装结构设计过程中在散热方面的考虑及封装散热特点,并根据功率器件散热特点对功率器件封装结构类型进行分类。最后,基于降低封装结构散热热阻、提高器件散热能力的目的,从高导热封装材料和连接工艺、芯片面接触连接、增加散热路径以及缩短散热路程4个方面对功率器件封装结构设计在散热方面未来的发展趋势进行展望。

关键词：功率器件封装结构散热路径

氧化镓悬臂式薄膜日盲探测器及其电弧检测应用

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物理学报 2024年第9期73卷 279-286页

作者：张裕刘瑞文张京阳焦斌斌王如志北京工业大学材料科学与工程学院新能源材料与技术研究所新型功能材料教育部重点实验室北京100124 中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

金属-半导体-金属(MSM)型氧化镓薄膜探测器的性能高度依赖于氧化镓薄膜的均匀性,工艺难度较高,对规模化、量产化薄膜探测器提出了挑战.本文首次在量产化悬臂式薄膜芯片表面物理沉积氧化镓薄膜,实现了一个五对叉指电极结构的MSM型氧化镓... 详细信息

金属-半导体-金属(MSM)型氧化镓薄膜探测器的性能高度依赖于氧化镓薄膜的均匀性,工艺难度较高,对规模化、量产化薄膜探测器提出了挑战.本文首次在量产化悬臂式薄膜芯片表面物理沉积氧化镓薄膜,实现了一个五对叉指电极结构的MSM型氧化镓薄膜日盲探测器.得益于微机电系统(MEMS)工艺制备的悬臂式电极结构保护了内部电路与探测薄膜的完整均匀性,所获得的氧化镓薄膜虽然是非晶结构,但探测器仍然具备良好的紫外探测性能.在18 V偏压下其探测率达到7.9×10^(10) Jones,外量子效率达到1779%,上升和下降时间分别为1.22 s和0.24 s,接近晶体氧化镓薄膜的探测性能.该探测器在无任何光学聚焦系统的情况下,实现了对户外日光环境下脉冲电弧的灵敏检测,将在日盲探测领域具有良好的潜在应用价值.本工作基于MEMS工艺的悬臂式电极结构开发的敏感功能薄膜沉积技术,避免了功能薄膜大面积均匀性对刻蚀电路的影响,为MSM型薄膜探测器的制备提供了新的技术方法和工艺路线.

关键词：氧化镓日盲探测器电弧检测

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接枝聚丙烯电缆绝缘材料的电树枝特性及机理

电工技术学报 2024年第1期39卷 88-98页

作者：张雯嘉王伟袁浩李琦何金良新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 中石化(北京)化工研究院有限公司电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系)

开发高性能的可回收聚丙烯电缆绝缘材料已成为近年来电绝缘领域的研究热点之一。该文对纯聚丙烯（PP）及甲基丙烯酸甲酯（MMA）接枝改性聚丙烯试样的电树枝引发和生长特性进行了研究。试验结果发现，相较于纯聚丙烯试样，接枝试样的电... 详细信息

开发高性能的可回收聚丙烯电缆绝缘材料已成为近年来电绝缘领域的研究热点之一。该文对纯聚丙烯（PP）及甲基丙烯酸甲酯（MMA）接枝改性聚丙烯试样的电树枝引发和生长特性进行了研究。试验结果发现，相较于纯聚丙烯试样，接枝试样的电树枝引发时间显著提高，电树枝劣化区域和生长速率明显减小。分析表明，接枝MMA单体在聚丙烯试样内部引入了大量深陷阱，并减小了球晶尺寸，有利于抑制载流子的输运行为并显著压缩了非晶区通道的空间尺度，进而改善了接枝试样的电树枝引发特性。此外，接枝试样的球晶尺寸减小使得非晶区通道更为曲折狭长，显著增加了电树枝沿着电场方向生长的阻力，进而改善了接枝试样的电树枝生长特性。随着MMA单体掺杂含量的增多，接枝试样的电树枝引发和生长特性逐渐提升。研究结果可为高性能接枝聚丙烯电缆绝缘材料的研发提供参考。

关键词：聚丙烯接枝改性电树枝可回收电缆

5 kW重整甲醇高温质子交换膜燃料电池系统设计与性能

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化工学报 2024年第4期75卷 1697-1704页

作者：张劲郭志斌罗来明卢善富相艳北京航空航天大学能源与动力工程学院仿生能源材料与器件北京市重点实验室北京100191 北京海得利兹新技术有限公司北京102600

相对于纯氢,液态甲醇具有储运方便、来源广泛以及体积能量密度高等优点,并可通过现场重整制氢与高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)联合发电,有望解决低温PEMFC用氢难的挑战。优选具有完全自主知识产权的高性能HT-PEMFC电堆与甲醇重整器(... 详细信息

相对于纯氢,液态甲醇具有储运方便、来源广泛以及体积能量密度高等优点,并可通过现场重整制氢与高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)联合发电,有望解决低温PEMFC用氢难的挑战。优选具有完全自主知识产权的高性能HT-PEMFC电堆与甲醇重整器(MSR),其中HT-PEMFC电堆在160℃、氢/空和低化学计量比下的输出功率可达5.46 kW@80 A,而甲醇重整器输出气量达5 m^(3)(标准状况)/h,氢气浓度高达74.8%,CO浓度仅为1%,满足HT-PEMFC运行需求。将MSR与HT-PEMFC进行耦合,采用高、低温热子系统并联的方式构建了高性能的MSR/HT-PEMFC系统,其输出功率与电堆在纯氢条件下的输出功率相同,而甲醇水溶液(体积比6/4)单耗最低仅为0.81 kg/(kW·h),表明该系统甲醇水溶液单耗低、输出性能高,具有广阔的应用前景。

关键词：燃料电池重整甲醇燃料电池甲醇重整器系统集成

面向新兴产业和未来产业的新材料发展战略研究

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中国工程科学 2024年第1期26卷 23-34页

作者：赵鸿滨周旗钢李志辉李腾飞屠海令中国有研科技集团有限公司北京100088 智能传感功能材料国家重点实验室北京100088 集成电路关键材料国家工程研究中心北京100088 有色金属材料制备加工国家重点实验室北京100088 有研(广东)新材料技术研究院广东佛山528041

新材料是新兴产业和未来产业发展的根基,是抢占科技和经济发展制高点的重要领域,也是我国推进新型工业化的重要驱动力。本文梳理了新材料在信息、能源、生物、深空与深海探测等领域的发展趋势,发现新材料联用或与其他学科、领域的深度... 详细信息

新材料是新兴产业和未来产业发展的根基,是抢占科技和经济发展制高点的重要领域,也是我国推进新型工业化的重要驱动力。本文梳理了新材料在信息、能源、生物、深空与深海探测等领域的发展趋势,发现新材料联用或与其他学科、领域的深度融合正在成为新材料发展的重要特点;系统分析了我国新材料产业在规模、技术创新能力、企业和集群等方面的发展现状,总结了新材料产业发展存在的关键原材料依赖进口、核心装备尚未实现自主可控、高端产品自给率不高、部分重点产品缺乏应用迭代、标准和评价体系不完善等问题;提出了面向新兴产业亟需发展的9个重点方向以及面向未来产业亟需布局的7个重要方向。为推动新材料产业的高质量发展,研究建议:着力筑牢新材料产业发展根基,扎实提升新材料产业链水平,营造良好的产业发展生态环境,完善产业发展配套政策。

关键词：新材料关键核心技术新兴产业未来产业新型工业化