电极厚度对锂离子电池电化学性能的影响

考虑到电极结构参数对锂离子电池性能的重要影响,基于实验结果以及一维等温电化学模型研究了电极厚度对锂离子电池电化学性能的影响。制备了不同活性物质载量的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电极,研究了不同厚度的电极对其倍率性能、循环充放电性能和容量的影响。基于多孔电极理论建立了一维锂离子电池电化学模型。将不同厚度的电极的仿真放电曲线与实验结果进行对比,仿真结果显示,不同厚度电极区域的电解质盐浓度、活性粒子表面锂离子浓度、电解液电势和过电势都有着显著的不同,正是这些差异导致不同厚度的电极的倍率性能、容量衰退的差别。     

干法制备LiFePO4厚电极的电化学性能

为实现更高的能量密度,探究利用干法工艺制备厚电极的电化学性能。通过构建点-线-面三维导电网络,采用干法电极制备工艺,制备138μm、217μm和303μm厚(面密度分别为26.7 mg/cm²、35.0 mg/cm²和47.9 mg/cm²)的磷酸铁锂(LiFePO₄)厚电极。以0.10 C在2.50～4.25 V充放电,电极的可逆比容量分别为157.5 mAh/g、158.7 mAh/g和153.2 mAh/g,接近30μm厚(面密度为1.0 mg/cm²)对比电池的158.1 mAh/g。在不同电流下进行50次循环,仅0.50 C和1.00 C倍率下循环的容量受厚度影响。以0.50 C循环时,循环曲线出现“跳水”现象,且发生时间随着厚度的增加而提前,主要是因为厚电极在较大电流下充电时,在负极表面沉积大量高比表面金属锂,导致电池内的电解液干涸。     

造孔剂对空气电极电性能的影响

为研究造孔剂的种类、含量对锌空电池空气电极电性能的影响,分别对添加不同用量的聚乙二醇200(PEG200)、(NH4)2C2O4和NH4HCO3等3种造孔剂的空气电极进行透气性能和稳态电流-电压极化曲线的测试,并用扫描电镜(SEM)对其防水透气膜和催化膜的表观形貌进行观察,研究结果表明:采用热分解造孔方法,在这3种造孔剂中PEG200的造孔效果最好;在防水透气膜和催化膜中分别添加质量分数为7.5%、15%的PEG200,所得空气电极在相同电位下的极化电流最大;由SEM观察可见:PEG200含量分别为7.5%、15%的防水透气膜和催化膜微孔的孔径分布更加均匀、孔隙率更大。     

电极面密度对锂离子电池性能的影响

采用了不同电极面密度组装成以磷酸铁锂为正极材料的锂离子动力电池,并对其倍率放电和常温及高温循环性能进行了试验,分析了上述电池之间的倍率放电、循环性能差别的原因,最后得出了不同电极面密度对电池性能的影响.     

粘合剂对硫电极电化学性能的影响

采用恒流放电、循环伏安和交流阻抗等方法,研究了粘合剂聚环氧乙烷(PEO)和水溶性聚合物LA对硫电极电化学性能的影响.当电流密度为0.2 mA/cm2、电极厚度为70 μm时,LA-硫电极的放电比容量比PEO-硫电极高100 mAh/g,放电平台电压高近50 mV.随着放电电流密度或电极厚度的增加,PEO-硫电极极化的加剧程度比LA-硫电极的大;随着电解液的浸润、渗透,PEO-硫电极的阻抗增大,而LA-硫电极的阻抗逐渐减小并趋稳定,这是PEO-硫电极的放电性能不如LA-硫电极的主要原因.     

电解液对硫电极电化学性能的影响

采用恒流充放电、循环伏安等方法并结合电导率和粘度的测试,研究了电解液对硫电极电化学性能的影响。结果表明,在配制的电解液中,硫电极在2.3 V和2.0 V附近有两个放电电压平台,低电压平台的电位和电解液的粘度密切相关。当电解液为1 mol/L LiN(SO2CF3)2/1,3-二氧戊环(DOL) 乙二醇二甲醚(DME)(50∶50,体积比)时,在室温、0.4 mA/cm2的电流密度放电时,硫电极的首次放电比容量达1 050 mAh/g,第50次循环,放电比容量仍维持在600 mAh/g以上。     

导电剂梯度化分布对锂离子电池性能的影响

如何在保持导电剂总体含量不变的前提下提升电池性能是学术界和产业界共同面临的难题。目前电极制作采用均匀分布的方式没有考虑分布差异性的影响。通过在磷酸铁锂(LiFePO4)电极片制作过程中采用双层涂布浆料的方式,使导电剂含量从集流体到隔膜方向上呈梯度化分布。采用恒流恒压循环实验、倍率性能实验、交流阻抗实验、循环伏安实验和扫描电镜测试,研究了导电剂梯度化分布对锂离子电池性能的影响。结果表明：靠近集流体一侧导电剂含量为9%(质量分数)的样品和没有梯度化的样品,初始比容量分别为154.1和149.3 mAh/g,电荷转移阻抗分别为184.8和384.4Ω,说明前者的性能较后者有一定程度的提升。     

造孔剂对PEMFC膜电极性能的影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极的催化层中加入造孔剂以减小气体反应物的扩散传质阻力。提出了两种新型造孔剂,分别为低分解温度的NH_4HCO_3和高溶解度的(NH_4)_2SO_4。实验结果表明,加入适量的造孔剂NH_4HCO_3,可使膜电极在H2-空气条件下的输出功率获得显著提高;加入适量的造孔剂(NH_4)_2SO_4,可使膜电极大电流工作时的性能得到明显改善。环境扫描电镜(ESEM)的测试结果表明,造孔剂的加入使膜电极催化层的孔结构得到优化,更有利于传质过程的顺利进行和提高催化剂Pt的利用率。     

电极膜和电流密度对LiFePO4电化学性能的影响

通过X射线衍射光谱法(XRD)及正交实验方法考察电极膜中活性物质的颗粒大小、粘结剂含量、导电剂含量和充放电电流密度对LiFePO4电化学性能的影响.分析结果表明,采用正交实验方法获得LiFePO4电极膜的最佳组成为:粘结剂质量相对百分含量为5%,导电剂质量相对百分含量为20%,活性物质颗粒度小于0.038 mm.     

四丁基溴化铵对锌电极的影响

为了抑制在充放电循环过程中锌电极产生的枝晶和形变，利用循环伏安法、交流阻抗法研究了在电解液中添加四丁基溴化铵（Ｃ４Ｈ９）４ＮＢｒ（ＴＢＡＢ）表面活性剂的作用。结果表明：加入１０－４ｍｏｌ／ＬＴＢＡＢ后，在锌电极的循环伏安图上阳极氧化电流和阴极还原电流均随着循环次数的增加而减小；此外，在阴极极化时，锌电极阻抗的复数平面图（ＮＹＱＵＩＳＴ）上出现了表征吸附作用的感抗圆。从而说明添加１０－４ｍｏｌ／ＬＴＢＡＢ，由于其表面吸附作用有利于锌电极的充放电性能，尤其是在阴极极化时，作用更为显著。     

粘合剂对 MH 电极性能的影响

目前所使用单一粘合剂不能很好地满足ＭＨ电极需要,采用亲水性的粘合剂聚乙烯醇（ＰＶＡ）和憎水性粘合剂聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）联合使用,研究了ＰＴＦＥ浓度变化以及处理条件改变时对ＭＨ电极性能的影响。实验结果表明,在适当压力、温度下,ＭＨ电极表面涂覆的聚四氟乙烯较好地分散到合金周围,避免了贮氢合金粉的脱落,提高了活性物质利用率;２％ＰＶＡ和１５％ＰＴＦＥ联合使用在大电流放电条件下具有较高的放电容量。     

化成添加剂对银电极贮存性能的影响

通过在化成电解液中添加Cl-制备银电极,并对银电极进行了老化实验、扫描电子显微镜法(SEM)、DSC、含量及放电容量等性能的测试。测试结果表明,在化成电解液中添加Cl-不仅可以提高银电极的充电容量,而且使银电极具有较高的稳定性,从而使银电极老化后保持了较高的放电容量,提高了银电极的贮存性能,进而延长了锌银贮备电池的贮存寿命。     

空气电极对锂空气电池放电性能的影响

研究了GNSs(石墨烯)、Super P炭黑、VGCF(气相沉积碳纤维)等三种具有不同形貌的碳基材料对锂空气电池放电容量的影响,并以Super P炭黑为碳基材料,分别考察了碳负载量和粘结剂含量对锂空气电池放电性能的影响。为了进一步研究限制锂空气电池放电性能的因素,采用水热法合成了具有高比表面积的空心刺球状α-MnO2,制备了SuperP/α-MnO2/PVDF复合空气电极,考察了锂空气电池放电过程中的速率控制步骤。     

KMnO4改性K2FeO4电极的电化学性能研究

利用次氯酸盐氧化法制备了电池级K2FeO4,并将部分产品表面均匀分布了一层KMnO4。分别采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)及恒流放电等电化学测试技术对K2FeO4和K2FeO4/ KMnO4复合物的表面物理形貌,结构以及电化学性能进行了分析。结果表明K2FeO4具有良好的晶形,而K2FeO4/ KMnO4复合材料的表面确实均匀分布了一层KMnO4。恒流放电测试表明K2FeO4/ KMnO4复合电极的放电容量平均比单纯K2FeO4电极的放电容量增大10%以上,放电平台提高50 mV左右。循环伏安结果表明高价锰参与KFeO的放电过程,并对高铁的放电起催化作用。     

钠硫电池硫极预制结构对电性能退化的影响

讨论了3种不同硫极预制结构对钠硫电池充放电性能及电池退化性能的影响.实验表明;钠硫电池的充放电性能与硫极结构材料、纤维走向、材料与硫和多硫化钠的润湿性有关.采用石墨毡内村氧化铝纤维的硫极冷装结构,能缓和电极极化,提高电池充电性能,延长电池寿命.     

空气中NH_3杂质对PEM燃料电池性能的影响

研究空气中的NH_3杂质对常温(电池温度80℃左右)质子交换膜(PEM)燃料电池性能的影响。使用燃料电池测试系统测试了PEM燃料电池的极化特性和交流阻抗,采用等效电路法获得PEM燃料电池的等效电路元件,分析了空气中NH_3质量浓度、电池温度和NH_3通入时间对PEM燃料电池性能的影响。研究发现空气中NH_3对电池性能的影响与NH_3质量浓度和NH_3通入时间有关:浓度越低,影响越小;短时间内通入含NH_3的空气对电池的性能影响很小,但长时间通入对膜电极的损害较大;被NH_3毒化后PEM燃料电池再通入纯净空气后电池性能很难恢复。