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用于高分辨率薄膜成像的平行板射频探针优化
摘要： 选择具有正确尺寸和高灵敏度的磁共振探头对磁共振成像（尤其是高分辨率薄膜成像）至关重要。本研究优化了一种平行板谐振器，以增强B1磁场的强度和均匀性。该平行板谐振器专为垂直于极板方向的高分辨率成像而设计。通过CST微波工作室进行仿真模拟及后续实验完成了优化过程。使用填充掺杂水的400微米毛细管，在2.4T磁场中测试优化后的探头。结果表明：增大连接极板的铜导线宽度可使B1磁场均匀性提升近90%。提升探头灵敏度和均匀性的最佳方案是保持极板与铜导线尺寸不变，但在四角增设额外电容器来分配电流——该方法使B1磁场强度增强40%，均匀性提高近85%。在指定功率下，平行板原型实验测得的B1磁场值与仿真结果偏差不超过20%。实验MRI结果显示：使用优化探头对合适样品可在极板间实现10微米的标称分辨率。该优化平行板谐振器结合相位编码SE SPI方法，可用于研究锂离子电池电解液中锂离子传输的高分辨率研究。
关键词： 锂离子电池、优化、磁共振成像、平行板谐振器
更新于2025-09-23 15:23:52
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用于锂离子电池的硅纳米线金属辅助化学蚀刻过程中的纳米颗粒排放
摘要： 作为高容量锂离子电池（LIBs）最具前景的负极材料之一，硅纳米线（SiNWs）已被广泛研究。金属辅助化学刻蚀（MACE）是制备硅纳米线的一种低成本、可扩展的方法。然而，该工艺产生的纳米颗粒排放因其对职业健康和公共健康的危害性而备受关注。本研究通过实验检测了三种尺寸（90纳米、120纳米和140纳米）硅纳米线MACE工艺产生的气载与水相纳米颗粒排放。制备的硅纳米线被用作锂离子纽扣电池负极，实验结果表明：采用90纳米、120纳米和140纳米硅纳米线的电池电极初始放电容量分别为3636 mAh g?1、3779 mAh g?1和3611 mAh g?1，初始充电容量分别为2721 mAh g?1、2712 mAh g?1和2539 mAh g?1。研究发现，每生产1千瓦时LIB电极时，140纳米硅纳米线的MACE工艺会产生高达2.48×10?颗粒/立方厘米的气载纳米颗粒浓度；120纳米硅纳米线的MACE工艺则产生质量浓度达9.95×10?毫克/升的高浓度水相颗粒排放。本研究可为锂电应用中硅纳米线MACE工艺的纳米颗粒排放提供实验数据，有助于未来该技术的环境影响评估与生命周期评价。
关键词： 锂离子电池（LIBs）、金属辅助化学蚀刻（MACE）、纳米颗粒排放、硅纳米线（SiNWs）
更新于2025-09-23 15:23:52
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锂离子电池在不同环境和工况下的温度光纤传感
摘要： 本研究开发了一套光纤传感器网络，用于实时、原位、工作状态下对智能手机锂离子电池（LiB）表面温度分布进行多点监测。通过设置不同温湿度条件，模拟电池在干燥、温和及寒冷气候环境中的响应。实验全程监测了电池五个不同位置在恒流充电、多种放电倍率下，正常与滥用工况运行时的温度变化，实现了电池表面的热空间分布测绘。总体而言，传感器检测到的温度变化与电压信号波动趋势一致，且电压变化越快通常对应电池表面更高的温升。例如在电压骤降的滥用放电工况下，其温升幅度较正常工况至少翻倍。当采用最高放电倍率（5.77 C）并在干燥气候条件下运行时，靠近电极区域的光学传感器检测到高达(65.0±0.1)°C的绝对温度值。实验测试中发现电池表面存在自上而下的温度梯度。在寒冷气候工况下，电池性能出现衰减，最高放电倍率时最大温度变化维持在(30.0±0.1)°C。这些结果可为新一代锂离子电池设计提供参考，通过优化关键区域的快速冷却方案来减少热量累积，从而预防热失控和电池失效等后果。
关键词： 光纤布拉格光栅传感器、温度监测、异常运行工况、环境、安全、锂离子电池
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过智能混合储能插拔模块提升独立光伏发电系统的电池寿命
摘要： 独立光伏发电系统是农村电气化可行的解决方案之一。然而，由于太阳能的间歇性特性以及小负载规模导致的显著需求波动，需要储能设备来确保供电质量和可靠性。铅酸蓄电池组虽相比其他储能设备寿命特性较差、使用年限较短，但仍被广泛用于此类系统中作为中间缓冲，以补偿发电与需求之间的功率不匹配。大多数充电控制器仅提供基本的电池充电功能，防止蓄电池组过充和深度放电，而频繁充放电转换、高倍率放电和浪涌功率等其他显著老化因素往往被忽视。本文提出一种智能混合储能即插?？?，旨在通过缓解电流波动和浪涌电流等限制寿命的因素，延长独立光伏-电池系统中铅酸电池的使用寿命。该模块设计为即插式，可直接应用于已安装的独立光伏-电池系统的现有基础设施中。利用马来西亚砂拉越某农村社区的实际太阳辐照数据和预估负载曲线，在Matlab Simulink中对所提即插?？榛航獾绯赜αΦ挠行越蟹抡?。通过缩比光伏-电池系统对仿真结果进行实验验证，并采用电池健康成本函数定量评估缓解电池应力的效果，同时分析和讨论了整体电池成本的降低情况。
关键词： 可再生能源，混合储能系统，光伏，超级电容器，铅酸电池，锂离子电池
更新于2025-09-23 15:23:52
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乙酸酐作为氧供体在非水解溶胶-凝胶法合成具有高电化学锂存储性能的介孔TiO2中的应用
摘要： 报道了一种制备具有分级孔隙结构和高比表面积的介孔锐钛矿型TiO?的原创无卤素非水解溶胶-凝胶法。该方法基于200°C下异丙醇钛与乙酸酐的反应，无需催化剂或溶剂。核磁共振研究表明，该工艺提供了一种高效、真正非水解且非质子的TiO?合成路径。氧化物形成过程涉及连续的乙酰氧基化和缩合反应，均伴随酯类消除。所得TiO?材料在煅烧前即呈纳米晶态，微米级小颗粒（≈10 nm）锐钛矿纳米晶自发聚集成具有高比表面积（煅烧前260 m2/g）的介孔结构。锂存储性能评估显示优异的可逆比容量，尤其未煅烧的高比表面积样品更利于赝电容存储：0.1C下253 mAh/g，1C下218 mAh/g（C=336 mA/g）。该样品还表现出良好循环稳定性（336 mA/g下200次循环后容量保持率>92%）及高库仑效率（99.8%）。采用溶剂（甲苯或角鲨烷）合成可调控TiO?纳米材料的形貌与织构。
关键词： 锐钛矿，介孔，醋酸酐路线，非水解溶胶-凝胶法，锂离子电池
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过皮秒超声技术原位测量晶体硅初始锂化过程中的相边界动力学
摘要： 研究锂离子电池硅电极初始嵌锂过程中的相变动力学及相界传播，有助于理解其性能表现。此类研究通常具有挑战性，因为难以测量样品内部的相界移动速度。本文介绍一种非侵入式原位测量方法，在保持锂通量和电势精确可控的条件下，测量平面样品几何结构中相界的推进过程。我们开发了一套集成电化学池与皮秒超声技术的装置，用于实时探测传播中的相界。以高容量负极材料——晶体硅的初始嵌锂过程为例，研究了相传播现象。本文主要目标是报道实验技术开发及部分初步结果。在垂直于(100)晶面方向的嵌锂过程中，当电流密度为40 μA/cm2进行恒流嵌锂时，观测到相界移动速度约为12皮米/秒，且LixSi中x值为3.73。采用Deal-Grove模型分析了嵌锂相的生长速率和反应速率系数。
关键词： 锂离子电池，原位，相界传播，晶体硅，皮秒超声学
更新于2025-09-23 15:23:52
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研究玻璃和石英基底对界面液滴形成的影响
摘要： 纳米结构化已被证实能有效提升多种储能与转换器件的性能，且适用于广泛的材料体系。特别是次级纳米构筑材料相比纳米级初级构筑单元展现出协同优势。尽管在设计纳米结构和合成路径方面已付出诸多努力，但纳米结构内部潜在的离子扩散动力学和相变行为仍研究不足。本研究以二维多孔铁酸锌（ZFO）纳米片为模型材料，探究了增强的锂离子传输行为，揭示了自组装二维多孔纳米结构电极如何具备高效离子扩散通道、坚固且连续的电子传输网络以及更大的比表面积，从而使其性能优于无次级结构的ZFO纳米颗粒。通过结合光谱测量与电化学技术揭示动力学参数，本研究表明：相较于随机聚集的纳米颗粒，多孔纳米片具有更高的锂离子扩散系数、更显著的电容性电荷存储贡献以及更低的电荷转移阻抗。这些发现深化了对二维多孔纳米结构电极电化学储能性能显著提升机制的理解——源于更均匀完整的相变过程和更高的活性材料利用率。
关键词： 纳米结构化、二维多孔纳米片、能量存储、传输动力学、锂离子电池
更新于2025-09-23 15:23:52
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纳米多孔Ge/Cu3Ge复合材料的简易制备及其优异的储锂性能
摘要： 通过简单地在稀碱性溶液中选择性脱合金化GeCuAl前驱体合金，制备出纳米多孔Ge/Cu3Ge复合材料。所制得的Ge/Cu3Ge具有三维（3D）双连续网络纳米结构，包含大量纳米级孔隙和连接骨架。得益于这种3D多孔结构及高导电性Cu3Ge的引入，锗的储锂性能在循环稳定性和倍率性能方面得到显著提升。该纳米多孔Ge/Cu3Ge负极在400 mA g-1电流密度下循环70次后仍能稳定保持1000 mA h g-1以上的容量。特别值得注意的是，在3200 mA g-1的高倍率下循环300次后，Ge/Cu3Ge的容量保持率最高可达99.3%。相比之下，纯纳米多孔锗则出现严重的容量衰减。鉴于其卓越的储能性能和简便的制备方法，纳米多孔Ge/Cu3Ge作为先进负极材料在锂存储相关技术领域展现出巨大应用潜力。
关键词： 脱合金、阳极、锂离子电池、纳米多孔、锗
更新于2025-09-23 15:23:52
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封装有增强锂存储性能的Ge纳米结构的GeO?
摘要： 基于锗（Ge）的纳米结构，尤其是含二氧化锗（GeO2）的材料，因其超高的理论锂离子（Li+）存储能力（8.4个Li/Ge）而备受关注，有望应用于锂离子电池。然而，在传统Ge(s)/GeO2(c)（其中(c)表示核、(s)表示壳）复合负极中，位于GeO2外层的Ge壳会发生不可逆转化反应，导致此类电池的最大容量受限为1126 mAhg?1（相当于仅能存储4.4个Li+）。本研究利用Kirkendall效应成功制备了以Ge为核、多孔GeO2(s)/Ge(c)为壳的纳米结构，并将其用作锂离子电池负极。该材料在0.1 Ag?1电流密度下循环30次后表现出显著提升的1333.5 mAhg?1容量，且在0.5 A g?1电流密度下循环100次后仍保持稳定的长周期性能。性能提升归因于结构优化的多孔GeO2(s)/Ge(c)纳米结构中，Ge对GeO2锂化/脱锂过程可逆性的催化改善作用。
关键词： 多孔的，柯肯达尔效应，纳米结构，锂离子电池，GeO2(s)/Ge(c)
更新于2025-09-23 15:22:29
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利用间隙模式表面增强拉曼光谱探测固/液界面的电解质溶剂
摘要： 理解固液界面（SLI）紧邻区域的非质子溶液结构对下一代锂离子电池开发至关重要。然而，由于缺乏超高表面灵敏度的检测工具，研究电双层扩散层（约10纳米）附近的碳酸酯化学分布仍具挑战性。本研究通过基于单层金纳米粒子（Au NP）集合体的纳米间隙表面增强拉曼光谱（SERS）技术，成功测定了商用锂离子电池电解液中常用碳酸酯溶剂（碳酸乙烯酯EC和碳酸二乙酯DEC）及添加剂氟代碳酸乙烯酯FEC在电极表面约17纳米处（即扩散层附近）的结构特征。研究发现这些碳酸酯的SERS增强因子（EF）与分子极化率相关，其中EC和FEC的最大EF值达到约10^5。尽管化学结构相似，该单层Au NP SERS基底仍能清晰区分EC与FEC的独特拉曼指纹谱。相较于EC，FEC中因亚甲基桥氢原子被更重的氟原子取代，导致C-C骨架变形、环呼吸振动及C=O伸缩振动等模式频率升高——这一违背传统"球弹簧"振动模型的反常现象主要源于FEC环内键强增强。EC或DEC的SERS谱带积分与其摩尔浓度呈二阶经验多项式关联。本发现为深入理解固液界面电解液分子振动行为及开发新一代锂离子电池先进电解液开辟了新途径。
关键词： 碳酸盐溶剂、电解质、固/液界面、锂离子电池、表面增强拉曼光谱
更新于2025-09-23 15:22:29