尘土中可溶性盐对电路板绝缘失效的影响

随着电子设备的小型化,印制电路板的导线间距变小,使得导线间电化学迁移失效问题更加突出。同时,大气污染严重,尘土颗粒沉积吸附在电路板上,其中的可溶性盐会改变电路板表面吸附水膜的离子浓度,从而改变线间绝缘失效机理和失效时间。使用浸银Y形电路板,采用不同浓度氯化钠溶液和尘土溶液水滴实验的方法来研究电路板表面存在可溶性盐溶液的情况下导线间绝缘失效特征与失效时间的变化规律。发现随着溶液离子浓度的升高,电路板绝缘失效机理由电化学迁移转变为离子性导电,失效时间呈现先减小后增大再陡降的趋势。存在促进阳极金属快速形成电化学迁移的可溶性盐溶液浓度Ca、由电路板阳极金属离子迁移形成晶枝导电向离子导电为主导转换的盐溶液浓度Cb及直至完全抑制电化学迁移的盐浓度Cc。     

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。     

Mo2N薄膜电极的制备与电化学性能

采用直流磁控溅射法在铜箔上制备具有面心立方晶型(fcc)的γ-氮化钼(γ-Mo₂N)薄膜电极。通过XRD、SEM、透射电子显微镜及恒流充放电等测试,分析氩气(Ar)与氮气(N₂)体积比对Mo₂N薄膜电极形貌及电化学储锂性能的影响。当Ar∶N₂的体积比为4∶1时,制备的Mo₂N薄膜电极(记为Mo₂N-4)具有最佳的电化学储锂性能,在1 000μA/cm²下仍有87μAh/cm²的可逆容量密度。这归因于Mo₂N-4薄膜电极的多孔的纳米柱阵列形貌有利于电解液的扩散及离子的迁移。     

碳包覆Fe3O4的制备和储能性能研究

为了解决铁基氧化物导电性差,比电容和循环性能不理想等问题,采用水热法、原位聚合法和热处理法在碳纸上制备Fe₃O₄@C复合材料,并对材料的形貌特征和电化学储能性能进行了测试;研究了不同原位聚合时间对产物形貌和储能性能的影响。结果表明,复合时间为6 h得到的样品保留了原有的纳米棒形貌结构,且具有更高的比电容(588.3 mF/cm²,2 mA/cm²),在15 mA/cm²下循环充放电10 000次后,比电容保持率为85.7%,最后将Fe₃O₄@C与活性炭组装成非对称超级电容器,其比能量为1.46 Wh/cm³,并可以驱动一连串的LED灯,该材料展现出一定的实际应用价值。     

浸银电路板上的电化学迁移实验研究

迫于成本压力,大量电路板使用性价比较高的银作为镀层材料.但是,随着电子元器件向小型化、密集化发展,以及使用环境的恶劣,浸银电路板上的电化学迁移现象导致的问题逐渐引起关注.本研究通过自行设计的Y形电路板,使用铜作为基底材料,银作为镀层材料,进行水滴加速实验研究浸银电路板上的电化学迁移现象.从漫银电路板本身的原电池腐蚀和电化学迁移两个方面分析电化学迁移的机理,研究浸银电路板的电化学迁移特性,并对电化学迁移的影响因素进行评估.     

表面改性聚丙烯薄膜的制备与介电/储能特性研究

为了提高聚丙烯薄膜的电容量和能量密度,采用高介电常数纳米颗粒与丙烯酸酯类粘结剂的混合浆料对聚丙烯薄膜进行表面改性,与改性前聚丙烯薄膜的性能作对比分析,探讨了基膜拉伸工艺、表面改性温度、高介电纳米颗粒尺寸3个因素对改性聚丙烯薄膜性能的影响。结果表明：改性后,1 kHz下聚丙烯薄膜的介电常数从2.20增大到2.89,500 kV/mm电场下储能密度从2.56 J/cm³增加到3.29 J/cm³,提升了28.5%。同时,改性后的聚丙烯薄膜在20～120℃区间内保持着稳定的介电性能,其1 kHz下的介电常数变化幅度小于6.9%。本研究采用简单易行的溶液法对聚丙烯薄膜进行改性,具备规模化制备的可行性,对实现高储能密度电介质材料的规模化制备具有一定的参考价值。     

FDR 土壤水分传感器测量重复性研究

利用多个不同质地未受扰动的原状土壤样本,对其进行质量体积含水率测量和电容式频域反射FDR(frequency domain refletrometry)土壤水分传感器体积含水率对比测量,得到传感器的标定方程。对每个样本重复多次从含水量饱和至几乎不含自由水状态全过程对比测量,得到不同土壤湿度上的动态测量重复性;同时在土壤湿度不变的每一次对比测量中,等间隔旋转土壤水分传感器,得到在同一湿度值上的不同方位的静态测量重复测性。以实测的数据对两种重复性进行了分析,实验研究表明：在环境温度相差不大的情形下,FDR土壤水分传感器的原状土壤标定有较好的全量程重复性,试验用原状土壤样本体积含水率动态重复性误差最大为3.57%(cm³·cm^-3),最小为2.29%(cm³·cm^-3),平均为2.81%(cm³·cm^-3);体积含水率方向性静态误差最大为0.22%(cm³·cm^-3),最小为0.01%(cm³·c...     

锂离子扩散系数的测定及影响因素

锂离子（Li⁺）扩散系数是电池电化学仿真建模必不可少的参数之一。以锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）为研究对象,通过理论分析与实验测试相结合,采用恒流间歇滴定法（GITT）测定固相材料中Li⁺的扩散速率,解析Li⁺在固相电极充放电过程中的扩散行为。测得的Li⁺在活性材料中的扩散系数为10^-10～10^-12 cm²/s,主要集中在约10^-11 cm²/s;充电和放电过程中,Li⁺扩散系数都随着Li⁺浓度的升高而降低,但由于活性物质颗粒的形变,充放电数值存在较明显的差异;温度对Li⁺扩散系数影响较大,通过阿伦尼乌斯公式计算,得到Li⁺扩散的活化能为7.061 kJ/mol。     

200 km/h高速风洞中动车组车顶环氧树脂绝缘子表面污秽分布特性

兰新线风沙环境影响动车组车顶绝缘子表面污秽分布,污秽在湿润气候条件下可致使动车组发生"趴窝"故障。为此在闭式风洞内试验分析时速200 km/h工况下积污时间对动车组车顶环氧树脂绝缘子表面污秽分布的影响规律。结果表明:绝缘子表面污秽呈现出扇形不均匀分布,背风面污秽密度值最大,除7号伞外,上表面污秽密度大于下表面;积污时间在2～20 h变化过程中,伞上表面背风面污秽密度随积污时间的延长而增加,污秽密度在积污时间为20 h时趋于饱和,值为5.6 mg/cm²;以背风面污秽密度为基准,积污持续时间越长,迎风面及侧风面伞裙上表面污秽密度同背风面污秽密度相对比值越小。该研究结果可为兰新线风沙环境条件下绝缘子闪络试验模拟及结果优化设计提供依据。     

尘土存在条件下连接器电接触可靠性研究

尘土污染是造成连接器电接触故障的主要原因之一。为进行尘土条件下电接触可靠性评定,设计尘土自然沉积实验,得到尘土沉积密度的时间曲线。以洁净样片200次电阻测试的最大值作为压着尘土颗粒的判据,得到压着概率达到90%以上的危险尘土密度临界值为每平方毫米300个。最后对压着概率和尘土密度进行曲线拟合,得到拟合效果较好的几种函数形式,分析认为四次多项式和幂函数拟合是最符合要求的。     

锆钛酸钡/聚丙烯纳米复合介质的电学性能及储能特性研究

聚丙烯(PP)过低的介电常数已经无法满足下一代电力电容器对于高储能密度电介质材料的需求。制备具有高介电常数的纳米复合介质是有望提高电介质材料储能密度的有效手段。本文以PP为基体,以锆钛酸钡(BaZr_0.2Ti_0.8O₃,简称BZT)纳米颗粒为无机填料,制备BZT/PP复合介质,并利用硅烷偶联剂KH550与马来酸酐(MAH)之间的共价键作用提高纳米颗粒在聚合物基体中的分散性。对复合介质的微观形貌及晶体结构进行表征,并系统研究复合介质的介电性能、直流电气强度及储能密度。结果表明：BZT纳米颗粒在聚丙烯基体中分散均匀,并且显著提升了复合介质的介电性能与储能特性,BZT质量分数为15%的复合介质具有3.19(0.1 Hz)的介电常数,相比纯PP的介电常数提高了40.5%,并且介质损耗因数保持在10^-2数量级的较低水平。在储能密度方面,当BZT质量分数为5%时,复合介质的最大储能密度为2.008 J/cm³,相比于纯PP(1.775 J/cm³)提升了13.1%。     

长期贮存航天电连接器尘土污染的研究

针对长期贮存后的航天电连接器进行尘土污染对连接器电接触可靠性影响的研究,通过对长期贮存连接器的接触电阻、分离力检测和连接器内部及电接触表面尘土颗粒成分、分布密度、颗粒度的微观检测统计分析,发现连接器接触电阻随贮存时间增加而增加,不仅与分离力降低有关而且与尘土污染相关。尘土颗粒不仅在连接器的生产、装配、贮存等过程中进入连接器内部,而且在触点电镀过程中就沉积在镀层内。长期贮存环境中,尘土污染结合触点弹性材料的应力松弛、大气腐蚀等作用对连接器的电接触特性产生了综合影响。     

石墨电极棉线基微流体肼燃料电池

为找到性价比高且安全环保的供电设备,搭建以水合肼为燃料、石墨为电极以及棉线为流道材料的无催化剂微流体燃料电池(MFC),并进行性能测试。石墨管阳极、石墨棒阴极组合的MFC电化学性能最佳,电池于燃料浓度为0.075 mol/L、NaOH浓度为1.0 mol/L及电极距离为4 mm时,具有11.10μW/cm²的最大功率密度和121.45μA/cm²的电流密度。搭建的MFC具有材料简单、成本低且组装方便等特点,无需外部泵维持共层流,作为便携式设备具备集成化和小型化的潜力。     

退火温度与成型压力对Fe-Si-Al磁粉芯性能的影响

采用层状硅酸镁铝凝胶为包覆剂,对气雾化球形Fe-Si-Al合金磁粉进行绝缘包覆制备磁粉芯。研究了退火温度与成型压力对Fe-Si-Al磁粉芯性能的影响。研究表明,退火温度从650℃增至800℃时,Fe-Si-Al磁粉芯的有效磁导率μ_e由57.8提高至64.8,而其功率损耗P_cv由202.6 m W/cm³显著下降至117.8 m W/cm³;成型压力从1200MPa增加至2090 MPa时,Fe-Si-Al磁粉芯的密度ρ由5.51 g/cm³上升至5.89 g/cm³,其有效磁导率μ_e由46.3显著提高至64.8,而功率损耗P_cv由123.5 m W/cm³下降至117.8 m W/cm³。通过损耗分离发现,升高退火温度和成型压力能显著降低其磁滞损耗P_h,而其涡流损耗P_e小幅度上升。     

石墨孔结构对锂离子电池倍率性能的影响

讨论负极材料特征对锂离子电池倍率性能的影响。对比4种人造石墨样品的结构、形貌等特征及倍率性能,发现孔结构状况特别是纳米级孔的分布,对倍率性能的影响较大,即电池的倍率性能与石墨纳米级孔的数量正相关。原因可能是:负极材料孔洞越多,提供的Li⁺迁移通道越多,可提高颗粒内Li⁺扩散的能力;孔洞越多的石墨材料,制成极片后的孔隙越丰富,极片的渗液能力较强,可缩短Li⁺传输路径。孔结构最丰富样品的孔体积为0.005 2 cm³/g,循环性能最好。制备的电池以5.0 C充电、1.0 C放电(2.00～3.65 V),循环寿命为233次,约是孔体积为0.002 9 cm³/g样品的1.75倍。     

电双层电容孔隙渐变多孔电极电化学特性分析

针对渐变孔隙多孔结构电极的电双层电容器,将电极中电子电流传导和电解质溶液的扩散与迁移进行了耦合,建立了一维电化学电容物理模型,研究了电双层电容恒流充电恒压放电特性、恒功率充电下的电荷密度分布以及恒功率放电下的电流电压特性。研究结果表明,与常孔隙相比,采用渐变增加孔隙结构的电双层电容,在恒流充电及恒压放电的条件下,最大充电电压有所提高。达到最大电压时,充电时间缩短了60 s。不同周期响应时,达到恒定功率的时间缩短了15 s。在恒功率充电的条件下,电双层电流源最大提升了0.6×10⁶A/m³,电荷密度变化幅度减小了0.5×10⁶C/m³。在恒功率放电时,放电电压提高了0.3 V。该研究结果可为电双层充电和电极利用率的提高提供参考价值。     

造孔剂对流延法制备的阳极支撑SOFC性能的影响

采用流延法分别制备了以可溶性淀粉、石墨和玉米淀粉为阳极造孔剂的阳极支撑型SOFC。以8%（摩尔分数）氧化钇稳定的氧化锆（ZrO）_0.92（Y₂O₃）_0.08（YSZ）为电解质材料,Ni∶YSZ为1∶1（质量比）的金属陶瓷（Ni-YSZ）为阳极,AgGDC为阴极,在电解质和阴极之间制备一层GDC为过渡层。采用加湿H₂[H₂O含量3%（体积分数）]作为燃料气,进行电化学测试。结果表明：800℃下,玉米淀粉的功率密度845 mW/cm²为最大,远高于石墨（422 mW/cm²）和可溶性淀粉（312 mW/cm²）的功率密度。通过阻抗谱、扫描电镜和孔隙率测试对不同造孔剂制备的阳极微观结构与电池性能之间的关系进行了表征和分析。     

锌-空电池防水透气扩散层结构优化研究

作为未来有望大量使用的环境友好的新型二次电池，锌-空电池受到越来越广泛的关注。气体扩散层作为阴极氧气通道，其性能不仅影响氧气的供应效果，甚至影响整个电池的性能。通过优化防水扩散层结构，分析防水扩散层厚度对电池性能的影响。利用电化学工作站对电池进行综合性能测试，研究结果表明，采用自制电极组装的锌-空电池，其开路电压基本稳定在1.48 V左右，当防水透气扩散层厚度为0.25 mm时，电池的综合性能最优，在电流密度为227 mA/cm²，可以获得最大功率密度，达到137 mW/cm²。     

全钒液流电池的容量恢复与保持

电解液的性能和充放电期间的行为会影响全钒液流电池的性能和系统成本。电池运行时,正负极电解液穿过离子交换膜的迁移会导致电解液体积失衡,引起电解液容量损失,限制放电容量、削弱循环稳定性、减少寿命。通过实验探索电解液在充放电过程中的迁移规律,使用二水合草酸作为还原剂还原正极侧过量的VO₂⁺,将衰减失效电解液的容量恢复至初始容量的94.33%。改善储液罐设计,当电解液体积向正极侧偏移5%时,进行手动溢流操作,以100 mA/cm²在1.0～1.7 V循环100次后,电池的放电容量保持率为88.08%。     

双电解质铝空气微流体燃料电池

以甲醇为溶剂制备氢氧化钾/甲醇溶液作铝阳极电解液、以水为溶剂制备氢氧化钾溶液为空气阴极电解液,制得一种双电解质铝空气微流体燃料电池。1 000μL/min下,阳极电解液含水量20%时电池短路电流密度为270 mA/cm²,最大功率密度90 mW/cm²,铝自腐蚀率仅为在氢氧化钾水溶液中的10.5%。总的来说,含氢氧化钾/甲醇溶液的双电解质铝空气微流体燃料电池应用到小型电子设备中是具有吸引力的。