面向可充电电池的锂金属负极的枝晶生长:理论基础、影响因素和抑制方法

在全球能源与环境问题日趋紧迫的大背景下,可再生能源的获取与利用途径及高效安全的储能技术的研发一直是工业界和科学界关注的热点之一。锂离子二次电池作为能量存储器件,拥有高比能量、长循环寿命等优点,近十几年来其研究取得了长足进展,并在各类便携式电子设备和电动交通工具中获得了广泛应用。然而,随着各种高性能设备的不断涌现,商业化的锂离子电池越来越难以满足其在能量密度、循环稳定性和安全性等方面的要求。为了进一步提高锂离子电池的能量密度,需要开发出高比容量的负极材料(硅、锡和锂等)以取代传统石墨负极。硅、锡等新式负极材料通过与锂离子反应形成含锂化合物的原理来存储与释放锂离子,完成电池的一个充放电过程。这个过程往往伴随着负极材料体积的剧烈变化,经历较长时间循环使用后会导致负极材料的粉化甚至从集流体上剥离,引起电池容量迅速衰减甚至失效。而锂负极通过锂在负极上的溶解和沉积来完成电池的充放电过程,该过程不存在反应相变所导致的体积变化。另外,锂金属负极材料具有极高的质量比容量(3 860mAh/g)、低密度(0.59g/cm3)和低的还原电位(-3.04V,相比于氢标准电极),被认为是一种理想的可充电电池负极材料。然而,锂的枝晶生长、锂金属电池低的库伦效率和锂的无主体沉积引起的体积膨胀等一些关键问题长期以来制约着锂负极的商业应用。锂的每次沉积都会产生枝晶,在充放电循环中,锂枝晶会导致电池内部短路甚至发生爆炸,带来严重的安全问题。除此之外,锂枝晶还会增加负极表面积,新暴露的锂金属会与电解液反应生成固态电解质膜(Solid electrolyte interface,SEI),这会损耗活性材料以及降低电池的库伦效率。为了解决以上问题,研究者们对锂金属电极进行了许多探索,尤其是在锂枝晶生长的机理及其抑制方法方面。一些理论模型如扩散模型、SEI保护模型、电荷诱导生长模型和薄膜生长模型等,以及与这些模型相对应的一些抑制方法如均匀锂离子流法、SEI膜保护法、稳定沉积主体法和静电屏蔽保护法等被提出。这些抑制方法能够在一定程度上缓解锂枝晶的生长问题,但都未能达到商业化应用的要求。本文总结了近几年研究人员针对锂离子电池锂金属负极的一些重要研究,系统地介绍了业内较为认同的枝晶生长模型和影响因素,并着重叙述了抑制枝晶生长的方法及成效,最后就锂金属负极将来的研究方向给出一些建议。     

金属凝固过程枝晶生长相场法模拟研究进展

近年来,相场法发展迅速,在许多方面得到了应用。本文主要介绍了相场法的发展进程,并对比分析了凝固相场中三种典型的相场模型(WBM模型、Karma模型和KKS模型)。在此基础上,简要概括了凝固相场方法的国内外研究现状,并对相场法今后的发展趋势进行了展望。     

HCD63电子控制串激调速电动机

通过对家用高档滚筒洗衣机驱动特性分析,介绍与其配套的专用串激调速电机设计特点;新型速度传感器特殊结构以及电子控制调速原理和特点。     

耦合传输线信道传输矩阵建模及串扰抵消效果分析

针对高速互连系统中传输线上的串扰问题,基于电磁耦合理论,研究了耦合传输线信道传输矩阵的性质,建立了以下两种情况的耦合传输线信道传输矩阵模型及其矩阵分解形式,分别是：（1）考虑受扰线两边各一条相邻微带线对受扰线的串扰;（2）考虑受扰线两边各两条相邻微带线对受扰线的串扰.给出了上述两种情况下基于耦合传输线信道传输矩阵分解形式的串扰抵消方案,并利用仿真工具ADS对其进行了验证.结果表明：信号抖动和失真大幅下降,串扰抵消效果良好,并且第二种情况下的串扰抵消效果优于第一种情况.该结果说明了在基于耦合传输线信道传输矩阵进行串扰抵消时,考虑两边各两条相邻微带线的串扰效果较好,对保持高速信号完整性具有一定的实际应用价值.     

双角串馈毫米波高增益微带阵列天线的研究

随着现代通信技术和雷达、引信系统的快速发展,对毫米波天线性能要求越来越高,传统的串并联馈电网络已难以满足需求。文中采用双角串馈结构进行馈电,设计并测试了工作在24 GHz 和35 GHz 的两款双角馈毫米波天线。仿真的24 GHz 天线尺寸24.76 mm×16.92 mm,增益15.59 dB,带宽0.4 GHz,仿真的35GHz 天线尺寸17.06 mm×11.22 mm,增益14.73 dB,带宽1 GHz;对35 GHz 天线进行加工实测,实测天线增益为14.2 dB,带宽为1 GHz。分析了天线的主要参数影响以及此种结构天线的极化特性。相对于传统的串并联馈电天线,文中研究的天线具有特殊阵列结构,仅通过角馈线相连,无需馈网,降低了馈电损耗,整体尺寸小,增益高,具有一定的推广意义。     

轻量级移动支付协议公平性分析

为保证移动支付安全、顺利进行,必须采用安全的移动支付协议。针对计算和存储能力有限的移动设备和不可靠的移动环境,选择采用对称加密的轻量级移动支付协议PCMS,使用串空间理论对其建模,进行形式化分析。通过图的方式直观描述协议的执行过程,分析协议安全目标,基于串空间理论的认证测试方法,对该协议的公平性形式化分析。针对PCMS协议不满足公平性,提出增加时间戳来解决,同时增加一个退款子协议完成后续退款操作。结合模型检测工具验证分析,结果表明,改进后的协议满足公平性。