薄膜正极在热电池中的应用探讨

随着武器装备的不断发展,对于热电池的设计也提出了新的要求.针对目前研究较多的薄膜正极在热电池中的应用进行探讨.与传统热电池相比,采用薄膜正极的热电池具有较短的激活时间,较强的随形设计能力等优点.研究了薄膜正极对热电池激活时间、随形设计能力和电池容量等方面的影响.     

涂布工艺在热电池中的应用研究

采用锂离子电池电极制备方法——涂布工艺,分别制备了热电池正极和电解质薄膜,通过结构、形貌及电化学性能测试证明了涂布工艺在热电池领域的可行性。将电解质涂布在正极基底上,在两者的界面处形成正极与电解质复合体,利用单体测试模具在高温下进行放电,结果表明采用此工艺相比传统的粉末压制法制备的单体热电池内阻降低,工作时间更长,表明了涂布工艺在热电池中的优越性。     

喷雾法制备FeS_2薄膜材料及其在热电池中的性能

采用喷雾法薄膜化工艺制备了FeS_2薄膜正极,研究了薄膜正极中导电剂(超导炭黑)的添加量对热电池单体电池放电性能的影响。以异丙醇为溶剂,适量的超导炭黑为导电剂,采用喷雾法制备热电池FeS_2薄膜正极。与传统的压片制备FeS_2阴极相比,喷雾法合成的黄铁矿薄膜厚度小,在放电过程中有较高的放电比容量。在500℃,相对湿度RH1%的条件下,测试了单体电池的放电性能。测试结果表明,5%XC-72R掺杂FeS_2材料的单体电池的放电比容量最高。     

LAN负极在热电池中的应用

研究了含锂质量分数为15%的LAN负极(Li-Ni);同时还与含锂质量分数为44.32%的LiSi合金和31%的LiAl合金作了对比.结果表明,Li-Ni的LAN负极电极电位比LiSi合金、LiAl合金的更负、工作电压更高,与FeS2正极配对时有电动势ELAN＞ELiAl＞ELiSi.LAN负极具有好的脉冲输出特性,脉冲电压ULAN＞ULiAl＞ULiSi.在带大电流密度负载激活时,LAN负极具备快速激活能力,激活时间tLAN＜tLiAl＜tLiSi.在大电流密度下放电,LAN负极的利用率较高,材料利用率ηLAN＞ηLiAl＞ηLiSi.LAN负极在结构设计合理的情况下可使热电池在径向2 048.2 m/s2离心力作用下正常放电.     

Li(B)合金负极在热电池中的应用研究

研究了锂的质量百分数为61%的Li(B)合金和15%的LAN负极(Li-Ni).结果表明,Li(B)合金与LAN负极电极电位相同.Li(B)合金负极具有好的脉冲放电特性,脉冲电压ULi(B)》ULANo在大电流密度放电条件下,Li(B)合金与LAN负极都具备快速激活能力,性能相近.在各种电流密度下放电,Li(B)合金的利用率都比LAN负极高.Li(B)合金中吸附的金属锂能够全部放电,而且组成Li-B化合物纤维基体的锂有超过30%的锂也可以放电.如果负极结构设计合理,用Li(B)合金和LAN的热电池可在径向2048.2 m/s2离心力作用下正常放电.Li(B)合金的各种物理性能和抗氧化性优于LAN,Li(B)合金的相对成本只有LAN(Li-Ni)负极的60%.     

CoS_2材料的纯化工艺优化及其在热电池中的应用

利用真空管式高温烧结法对CoS_2材料进行了热处理,以达到除去CoS_2材料中杂质硫的目的。采用SEM、XRD和TG-DSC对材料进行了微观形貌、晶相结构和热稳定性的测试,比较了不同纯化处理工艺对材料性能的影响。测试结果表明,500~560℃的高温烧结对CoS_2材料微观形貌影响较小,颗粒之间呈现一定的团聚现象,团聚体为微米级;550℃,18 h高温烧结后材料晶相结构发生了改变,变为Co3S4,550℃,10 h高温烧结后获得的材料仍为黄铁矿型CoS_2;550℃的高温烧结后CoS_2材料DSC曲线相对平滑,没有明显的杂质峰,具有最好的热稳定性。采用热电池活性检验单体电池自动放电系统对材料进行了电性能的测试,脉冲放电曲线的测试结果表明,CoS_2材料纯化处理后,整个放电过程中,其单体电池放电电压都明显提高,且具有更高的容量和更好的抗脉冲性能。     

热电池薄膜组件制备及其应用现状

轻型化是武器系统未来的发展趋势,这对作为军用电源的热电池而言也是非常重要的发展方向。在保证比能量的前提下,热电池的尺寸越小越好。热电池薄膜组件能有效地缩小热电池体积,提高比能量,是热电池小型化设计的发展方向之一。综述了热电池薄膜组件主要的制备方法和应用现状,并对薄膜组件的发展方向进行了展望。     

高电位MoO3/FeS2复合正极在热电池中的应用研究

采用X射线衍射仪(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和热重分析仪(TG)对MoO3和FeS2性能和形貌进行表征.MoO3和FeS2以质量比50:50混合,得到高电位MoO3/FeS2复合正极材料,研究MoO3/FeS2复合正极放电性能和空载安全性.研究表明,MoO3/FeS2复合正极在100 mA/c...     

氢气泡模板法电沉积La-Ni合金薄膜电极

在强阴极极化下,以析出的氢气泡为模板,电沉积制备了La-Ni贮氢合金薄膜电极。采用扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)对合金薄膜电极的表面形态和结构进行了表征;以循环伏安、恒电流充放电实验考察了合金薄膜电极的电化学行为。结果表明,合金薄膜电极含La Ni5相,电化学吸放氢性能好,最高电化学放电比容量达286 m Ah/g,无需活化过程,首次充放电即可达到最高放电容量,作为氢镍电池的负极,在1.2 V附近有一个平稳的放电平台。     

BiFeO3薄膜在光伏电池中的应用

介绍了BiFeO3薄膜在光伏电池中应用的基础知识,主要包括它的基本结构、工作原理、用作太阳能电池的要求、加工方法、研究现状及前景.对传统的p-n结太阳能电池和BiFeO3光伏电池的工作原理进行了比较并作了解释.在加工方法部分,一些最新研究进展列举其中.对目前所面临的主要问题进行了分析并简单给出了相应的正在研究的解决方法.     

影响热电池用矿物二硫化铁热稳定性的因素

研究了热电池正极材料常用的矿物二硫化铁粉末的特性。通过扫描电子显微镜法(SEM,Scanning Electron Microscope)形貌观察、等离子体能谱分析方法(ICP,Inductively Coupled Plasma)杂质成分分析、粒度分布测试、X射线衍射法(XRD,X-ray Diffraction)物相分析、热重分析法(TGA,Thermo Gravimetric Analysis)等分析测试手段,分别从矿物二硫化铁粉末中的杂质、粒度分布、以及矿源产地等几个方面出发,讨论了影响矿物二硫化铁粉末热稳定性的因素。结果得出影响矿物二硫化铁热稳定性的主要因素是可在酸中溶解的杂质;粒度分布对矿物二硫化铁粉末热稳定性的影响较小,是次要因素;不同矿源的二硫化铁矿石粉末并不能显著影响矿物二硫化铁的热稳定性,为次要因素。经酸液洗涤、纯化处理工艺后,矿物二硫化铁的热稳定性几乎提高了85℃,换言之,用该种工艺材料生产的热电池的工作温度区间拓宽了85℃,能有效地提高热电池的性能。     

二硫化钴作高功率热电池正极材料的研究

目前使用的基于Li(M)/FeS2电化学体系的热电池由于电压平稳、容量较高等优点一直沿用至今,但由于FeS2本身的一些缺点如电导率低、热稳定性差等限制了其进一步应用,尤其是在高过载、开路搁置等条件下。各国围绕这个问题进行了许多实验,发现CoS2是比较理想的正极材料。由于CoS2本身电导率高、化学稳定性好、分解温度高等优点成为有希望代替FeS2的新型正极材料。采用CoS2材料制作的热电池内阻较FeS2降低40%左右,大电流放电,开路搁置等性能明显优于FeS2体系,容量与FeS2基本相当。     

硫化铁热电池初始峰压产生机理研究

分析了黄铁矿的杂质元素含量;利用正极掺杂,实验了可能产生热电池初始峰压的Fe、S杂质及化合物,分析了导致峰压各化合物的两种来源,解释了硫化铁热电池正极制备中削峰工艺的作用原理是还原了三价铁杂质。     

热电池正极材料钒氧碳的性能研究

对热电池正极材料钒氧碳(VOC)的合成方法及性能特点作了评述。实验在不同工艺条件下的热反应制得不同成分的VOC材料,运用X射线衍射光谱法(XRD)和扫描电镜技术对所得产物进行了物相分析及形貌分析,并对其作为热电池正极材料的放电性能作了检测研究。实验结果表明:反应物配比、煅烧时间和温度对生成的VOC物相及性能都有重要的影响。粉末颗粒径向粒径小,比表面积较大的层片状及细棒状材料满足Li+快速扩散,使电池能够在较大电流密度下以较高的电压放电。对VOC材料进行放电性能测试发现,VOC能够提供较高的电压和平稳的放电平台,同时该化合物的重现性较好,容易加工成型,是一种较为理想的正极材料。     

以氯化镍作正极材料的热电池研究

以高温处理氯化镍作为热电池的正极材料制备热电池;用溶解理论解释了电池单体材料溢流现象,解决了电池的安全性问题;摸索了与之匹配的制备高比能量热电池所需电解质与负极材料,确定电解质为全锂电解质,负极为LiB合金;用浓差极化解释了氯化镍电池的电压起伏成因。所制备的氯化镍电池的单体电压比以二硫化钴为正极的电池单体电压高25%。与全锂电解质和LiB合金匹配制备的样品电池,比能量达到84Wh/kg。     

锂合金热电池内阻

热电池的内阻大小直接影响着电池的负载能力。热电池的内阻越小,其负载能力越强。依据热电池的具体特点,从它的内部结构、单体电池的厚度、正负极材料、工作温度等几个方面,研究影响热电池内阻的因素。     

磁控溅射在锂离子电池正极中应用的进展

综述了磁控溅射技术应用于薄膜锂离子电池正极材料制备与掺杂改性的研究进展.分别讨论了LiCoO2、V2O5、LiMn2O4、LiNiO2及其掺杂物等薄膜正极的制备与改性及所得电极材料的电化学性能,并对研究方向做了简单的评述.     

热电池正极材料

过渡族金属硫化物是一类很好的热电池正极材料。利用热重分析(TGA)方法研究了矿物FeS2粉末与人工合成的CoS2的热分解特征,研究表明,矿物FeS2粉末的热分解温度在540 ℃,人工合成的CoS2的热分解温度在640 ℃;扫描电镜(SEM)分析表明人工合成的CoS2为近球形多孔网络状结构,而天然矿石的FeS2粉末表面光滑平坦;电化学性能测试表明,CoS2比FeS2更适于研制工作时间长、脉冲电流大的热电池。通过在正极中引入适宜的添加剂,采用合适的添加剂配比和添加工艺,可以研制出适用于有大负载、快激活要求的热电池正极材料。     

热电池热模型的研究

从热电池的基本工作原理出发,研究了热电池放电过程中热量的产生、传递、散失变化特征.并通过计算机软件,将电池模型进行网格划分,依据热量平衡原理,建立电池的热传导方程,利用"有限元法"动态模拟电池放电热过程特征与规律.并通过对电池表面以及内部温度测量进行比较分析,证明了该热模型能够正确地模拟电池放电过程的温度变化.