摘要：随着全球化石能源逐渐枯竭和温室效应加剧,人们赖以生存的自然环境遭到了严重破坏,如何开发新能源或高效的能源转换装置已经成为当前的研究热点.质子交换膜燃料电池(PEMFCs)作为高效的能源转换装置可以通过电化学反应将氢气(H2)中储存的化学能直接转化为电能,具有零排放、零污染、转化效率高等优点,其商业化发展能够有效地缓解当前的能源与环境危机.由于工作温度差异,PEMFCs分为低温质子交换膜燃料电池(LTPEMFCs)和高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs).贵金属铂(Pt)是PEMFCs中最常用的催化剂材料之一,然而Pt的抗毒化能力相对较弱,导致其催化剂稳定性较差.此外,Pt的低利用率、高成本,进一步限制了其大规模商业化应用.PEMFCs燃料中存在微量的杂质气体(尤其是一氧化碳(CO)),CO在反应过程中会吸附在催化剂表面而不容易去除,导致Pt催化剂表面活性位点被毒化.除了CO的毒化作用,HT-PEMFCs催化层界面由于磷酸(PA)的随机分布也会引起Pt催化剂的毒化问题,进一步导致催化剂的活性降低.因此,开发高效抗毒化Pt基催化剂并探究其抗毒化机制是推动PEMFCs发展的关键.本文系统地阐述了PEMFCs中Pt基催化剂的毒化问题,重点讨论Pt基催化剂的设计、合成及其抗毒化机制;最后,对PEMFCs中Pt基催化剂的发展与挑战进行探讨和展望.

摘要：超材料因其结构可设计性和优异的物理性能成为近年来的研究热点。热学超材料因能针对性设计红外发射率和反射率等热性能而备受关注。近年来热学超材料朝着"智能化"和"多功能"的趋势发展,智能热调控超材料是实现高效热控的重要途径。以相变涂层为主的传统智能热控材料具有精度低、调控幅度小和可设计性差等局限性。超结构设计能使材料实现理想的电磁特性,并通过表面等离激元等不同的损耗机制实现特定波段的完美吸收。在此基础上,引入相变材料或可重构表面实现的智能热控超材料能够快速、精准地实现热性能的大幅调控。智能热控超材料可实现热场、电场、力场和其他外场等多方式调控。合理的超结构设计能够使材料在热场的被动调控下同时实现吸收率和吸收峰峰位稳定调谐。基于电场调控的材料具有更高的调制精度和快速响应能力。生物启迪的力学热控超材料因其设计简单和柔性的优势而有望大面积应用。此外,基于磁、光等其他外场实现热调控也有相关报道。本文归纳了智能热控超材料的研究现状,首先简单介绍了完美吸收和智能热控的相关概念,从结构设计和损耗机理的角度出发,分析了基于不同外场智能热控超材料的调控途径和研究进展,最后总结了智能热控超材料目前面临的挑战并展望其未来的发展方向。

摘要：全固态薄膜锂电池具有固态电解质层薄、固固界面致密等特点,可作为微小型设备的储能元件。与传统锂离子电池相比,全固态薄膜锂电池内部不含液态电解液,反应与传质过程皆在固相中进行,导致全固态薄膜锂电池的倍率性能一般较差。为解决该问题,该文基于磁控溅射和真空蒸镀技术制备了正极为钴酸锂、固态电解质为锂磷氧氮(LiPON)、负极为金属锂(Li)的全固态薄膜锂电池。采用时频域配合和实验与仿真相结合的方法,系统解析了影响全电池倍率性能的关键因素。运用基于全电池倍率实验电压曲线的曲线平移分析方法及基于一维阻抗模型和阻抗谱的动力学参数辨识方法,分析了电池内部不同部件、不同物理过程对电池倍率性能的影响,结合一维时域模型仿真结果得出如下结论:电池中影响大倍率下放电总容量的主要限制因素为正极材料中的锂离子扩散过程,放电末期正极扩散系数低是大倍率下放电容量衰减的主因;影响瞬态放电功率的主要限制因素为固态电解质中锂离子的电迁移过程,高固态电解质固相过电势是放电功率损失的主因。基于上述结论,该文提出了适当降低固态电解质薄膜厚度和缩短正极离子扩散路径等改进电池倍率性能的初步设计思路,研究了一种全固态薄膜锂电池倍率性能的分析方法并得出了初步结论,可用于进一步指导改进制备工艺。

摘要：卷对卷制备出聚酰亚胺(PI)衬底柔性硅(Si)基薄膜太阳电池集成串联组件。对卷对卷制备柔性Si基薄膜电池集成串联的优势进行了分析,讨论了制约柔性薄膜电池集成串联组件的主要因素;设计了两种柔性薄膜电池集成串联组件结构;进行了柔性薄膜电池集成串联组件研制,并进行了对比分析。采用卷对卷工艺制备了非晶硅(a-Si)电池,采用卷对卷激光刻划、卷对卷丝网印刷与卷对卷精密点胶实现集成串联,形成柔性薄膜电池集成串联组件,柔性a-Si单结集成串联组件全面积转换效率达到5.96%(AM1.5,全面积为117.3cm^2)。

摘要：针对航天器平台一级能源变换高压大功率的应用需求,采用并联式DC/DC变换器的最大功率点跟踪(MPPT)拓扑结构,设计一种顺序开关分流最大功率调节(S^3MPR)电源控制器。为了解决传统S^3MPR技术的算法电路复杂、跟踪精度低等问题,兼顾航天器应用环境的特殊性,通过采用模拟电路实现的方式设计出一种基于交错扰动方法的MPPT控制算法电路。该算法可以实现太阳电池阵电压电流输出较大范围内精确跟踪其最大功率输出。研制了5 kW功率(10路太阳电池阵)的原理样机对设计进行试验验证,结果表明:电源控制器性能良好,满足高压大功率航天器平台的应用需求。

摘要：全固态锂电池以其良好的安全性和更高的能量密度受到广泛关注,而固态电解质是决定固态电池性能的关键材料。由聚合物基体和无机填料组成的无机/有机固体复合电解质因其优良的可设计性而显示出广阔的应用前景。其中,锂离子传导能力是复合电解质性能的决定性因素,而无机填料对提升锂离子传导有重要作用。本文列举了典型无机填料的种类,总结了不同种类填料对加速锂离子输运过程的作用机理,讨论了无机填料的添加量、颗粒大小、分散性、形态对提升离子电导率的影响规律。除此之外,还归纳了无机填料对电化学窗口、锂离子迁移数、力学性能等其他性能的影响。

摘要：在磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT(magnetically-coupled resonant wireless power transfer)系统中,线圈作为能量中转的关键环节,其参数的设计决定了系统的传输效率,但目前仍然没有成熟完善的线圈设计方法。将平面螺旋线圈作为研究对象,采用阿基米德螺线方程,建立了精确的数学模型,分析了耦合线圈互感、自感、电阻与线圈几何参数的关系,得到了较为精确的计算方法。通过COMSOL进行仿真验证,在线圈匝间距较小时,各电量计算误差在5%以内。针对给定的限定条件,以线圈传输效率作为优化目标,通过Matlab求解出最优的线圈参数。最后,绕制实际的线圈并由实验测得其最大传输效率超过95%,证明了线圈设计方法的合理性。

摘要：锂/氟化碳电池作为固态正极中理论比能量较高(2203Wh/kg)的一种一次电池体系受到极大的关注,在诸多领域已有应用。本文对高功率锂/氟化碳电池的优化设计的最新研究进展进行了综述,详细讨论了氟化碳材料的前驱体、氟化方法、氟化碳材料表面改性、电极结构设计等因素对电池倍率性能的影响,并对今后功率型锂/氟化碳一次电池的发展方向进行了展望。

摘要：本文以普通聚烯烃隔膜作为对比,研究了不同工艺的聚烯烃基膜制作的陶瓷隔膜对于Li Ni0.8Co0.15Al0.05O2动力锂离子电池性能的影响。表征了三种隔膜的本征性能,包括微孔形貌、透气度和离子电导率。干法基膜陶瓷隔膜、湿法基膜陶瓷隔膜和普通聚烯烃隔膜的透气度值分别为165 sec/100 m L、200 sec/100 m L和520 sec/100 m L;离子电导率分别为0.952 m S/cm^2、0.703 m S/cm^2和0.622mS/cm^2。分别采用三种隔膜制作了容量为2 A·h的软包装电池,评估了电池的倍率性能、循环寿命以及荷电保持能力。结果发现,与普通聚烯烃隔膜相比,陶瓷隔膜可以提高电池的功率性能,并且干法聚烯烃基膜制作的陶瓷隔膜,其倍率增效作用较湿法基膜的陶瓷隔膜明显,尤其当放电倍率达到电池的设计极限时,干法聚烯烃基膜制作的陶瓷隔膜对于电池倍率性能的增效作用更加显著。

摘要：通用热源(General-Purpose Heat Source,GPHS)是同位素温差电池(Radioisotope Thermoelectric Generators,RTG)中应用最成熟的热源模块,在同位素电源的研制与测试过程中,GPHS是电加热模拟热源等效性的关键参考。为满足同位素电源系统非核单元等效性测试与验证的需求,基于GPHS的各项实际性能参数,设计并仿制了一种电加热模拟热源。基于仿真计算与实验测试结果,分析评价了仿GPHS模拟热源的热输出特性、等效替代性及其在不同应用场景下的运行效果。当输入功率为250 W时,仿GPHS模拟热源表面平均温度可达515 K,且温度随功率变化的趋势与仿真结果相吻合。经实验测试,在250 W热源功率下,RTG模块的能量转化效率可提升至6%左右。本文提出并构建的仿GPHS模拟热源等效性良好,且可适用于同位素温差电池,对同位素电源的性能评价提供一种有效的、统一的参考标准。