中国材料进展 /oa 软件定义可重构电池系统及其应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201710021 自电池被发明200多年以来,电池系统一直是采用固定串并联的系统架构,即很多小容量的单体电池根据负载的要求固定串并联成一个电池系统。然而,由于生产和工况引入的单体电池差异性,这种固定串并联的系统架构给电池系统带来了很多应用上问题,如SOC和SOH的测不准问题,电池充放电均衡问题,电池的梯次利用问题及可靠性和安全性问题等。能源互联网和信息物理系统(cyber-physical systems, CPS)被认为是为未来的能源系统提供了解决方案,借鉴软件定义的理念和具体实现,软件定义可重构电池系统更能满足信息、电池基础设施一体化意义下的需求。本文将重点讨论一种基于能源互联网思想的颠覆性的电池系统设计-软件定义可重构电池系统,其电池连接拓扑结构可以根据电池的SOC和SOH实时动态地调整。此外,本文还介绍了基于软件定义可重构电池系统设计理念,实现能量流和信息流紧密融合的相关应用。 2017年10月31 00:00 2017年第10期 0 5 2022955 慈松,周杨林,林倪 基于均相氧催化反应的锂空气电池研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201710022 由于高的理论能量密度,锂空气电池被看作最有前景的能源存储系统之一。但是,目前仍有许多因素制约着它的发展,比如大的极化电压、差的循环稳定性、电解液以及空气电极的不稳定性等。此前,研究人员重点研究了各种固态电催化剂来解决上述问题。但由于固态催化剂的自身特性,它并不能解决空气电极的表面钝化以及孔隙的堵塞问题,因此人们开始转向均相催化剂。从金属空气电池的结构来看,由于正极的有效空间有限,即使均相催化剂也不能从根本上解决正极的钝化和堵塞问题。因此,我们设计了一种新的锂空气电池装置——氧化还原液流锂空气电池,来彻底解决上述的两个问题。在此文最后,我们将根据目前基础研究和实际应用之间的差距,简要讨论未来锂空气电池的发展。(6号 宋体) 2017年10月31 00:00 2017年第10期 6 10 1317989 朱允广, 王庆 钠离子电池合金类负极材料的研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201710023 钠离子电池由于具有资源丰富,价格低廉等特点,逐渐成为大规模储能领域的研究热点。而负极材料作为钠离子电池的重要组成部分,对电池性能有着直接的影响。在目前所研究的负极材料中,合金类负极材料由于具有较高的理论比容量而受到了人们的广泛关注。但是在反应过程中,合金类材料面临着严重的体积膨胀问题,循环稳定性差,这制约了其发展。研究者通过包覆,纳米化,与其他金属复合等方法大大改善了合金类材料的循环性能。本文简介了合金类储钠负极材料Sn、Sb、P、Ge、Bi、Pb和Si的研究进展以及反应机理,探讨了合金类负极材料所面临的问题和解决办法,并对合金类负极材料的发展方向进行了展望。 2017年10月31 00:00 2017年第10期 11 15 3063457 刘 创,卢海燕,曹余良 无机固体电解质Li7La3Zr2O12的研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201710024 目前,采用固体电解质代替传统电解液发展新型全固态锂离子电池,已成为解决电池安全问题、提高电池储能密度的一项重要的技术方法。固体电解质材料作为全固态锂电池的核心,它的性能很大程度上决定了电池的各项性能指标。迄今被研究过的无机固体电解质材料有很多,包括NASICON型、LISICON型、钙钛矿型和石榴石型等晶态固体电解质和氧化物和硫化物等玻璃态固体电解质。其中石榴石型结构的Li7La3Zr2O12材料具有优异的综合电化学性能,使其更具实际应用潜力和研究价值。实验与理论计算表明该材料具有较高的锂离子电导率(10-4~10-3S·cm-1),能与负极金属锂及大部分正极材料稳定接触,电化学窗口高达6V。本文根据近年来国内外在该类材料上的研究现状,主要从Li7La3Zr2O12的晶体结构特征、制备方法及掺杂改性等方面进行详细介绍,最后阐述Li7La3Zr2O12固态电解质材料在全固态锂电池中的发展前景及面临的挑战。 2017年10月31 00:00 2017年第10期 16 20 2102937 查文平,李君阳,阳敦杰,沈强,陈斐 锂离子电池电极材料表界面结构的原子尺度表征 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201710025 锂离子电池充放电过程中,锂离子的传输要穿过多种表面和界面,表界面的性质对电池的功率密度、能量密度、充放电效率、使用寿命、循环性等特性具有重要的影响。表界面一般具有与体相不同的结构,在原子尺度上直接观察不同电化学状态下电极表界面的结构,有助于从更深层次认识电化学反应机理和性能演化规律,对于改善锂离子电池性能具有重要的指导意义。本文阐述了球差校正透射电子显微成像技术在研究电极材料表界面结构原子尺度研究中的应用,介绍了特殊的相界面、SEI、表面相变、表面掺杂等,探讨了表界面原子尺度结构与性能的内在关联,提出了改善电池性能的针对性建议,并对锂离子电池未来的发展从提高能量密度、避免固液界面副反应和改善电池性能三个方面进行了展望。 2017年10月31 00:00 2017年第10期 21 25 7309029 仝毓昕,张庆华,谷林 高压下三氢化硫H3S的高温超导电性研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201710027 高压下富氢材料的压致金属化和超导电性是实现金属氢和高温超导体的有效途径,已经成为物理学、材料科学等多学科的热点领域之一。最近在高压下发现的三氢化硫H3S,因其200 K的超导转变温度刷新了高温超导纪录,向室温超导体的实现迈出重要的一步,引起了国际上的广泛关注。是什么使得三氢化硫H3S如此特殊?它的创纪录的Tc、简单的晶体结构和奇异电子态密度使得H3S成为潜在的高温超导材料,进一步推动了人们对高压下富氢材料超导电性的研究。在过去两年时间内,人们通过各种实验技术和理论方法研究H3S在高压下的超导电性、同位素效应、元素的掺杂效应、探索超导的内在物理原因等等。目前理论和实验都一致认为高压下可以通过两种途径获得H3S:3H2S→2H3S+S,2H2S+H2→2H3S。本文对高温超导体三氢化硫(H3S)的发现、影响H3S高温超导的内在物理原因、同位素效应随压力的变化、掺杂对H3S超导转变温度的影响以及高压下硫化氢(H2S)的分解进行简要介绍。 2017年10月31 00:00 2017年第10期 31 35 3565314 段德芳,邵子霁,马艳斌,崔田 电解质调控场效应晶体管及其人造突触器件应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201710028 类脑神经形态工程近年来正在成为信息领域的一个研究热点,将成为今后人工智能发展的有力补充和增长点,促进微电子技术的发展。人脑中有~1011个神经元和~1015个突触连接,突触结构是神经元间发生信息传递的关键部位,是人脑认知行为的基本单元,得益于超大量的并行突触计算,人脑的计算模式非常可靠,因此研制人造突触器件对于神经形态工程而言具有重要的意义。目前,国际上有关人造突触器件的研究才刚刚起步,最新研究成果不断涌现,正在成为人工智能和神经形态领域的一个重要分支,将为今后人工智能的发展注入新的活力。离子导体电解质具有独特的离子/电子界面耦合特性,其在静电调控器件中有着独特的应用价值,为揭示凝聚态物质的新规律提供了新的途径,并且由于独特的界面离子耦合特性及相关的界面电化学过程,其在人造突触器件和神经形态系统方面有着极强的应用前景。 2017年10月31 00:00 2017年第10期 36 40 9991006 竺立强 几种复杂三维形貌微纳结构的精准构筑与表面增强拉曼光谱 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201710029 表面增强拉曼散射基底的制备一直是表面增强拉曼散射技术最重要的研究领域,而且对于扩大其研究范围和应用领域起着重要的作用。本文统计归纳了四种制备三维基底简单而新颖的方法,得到的表面增强拉曼活性基底具有重复性高、稳定性好、增强因子大等优点。第一种:利用自卷曲技术制备的卷曲微管阵列,微管阵列直径可控,拉曼信号稳定;第二种:采用多孔氧化铝模板制备的三维阵列结构,该阵列结构光谱的谱形和强度呈现了极好的均一性;第三种:纳米线或纳米棒上原位生长纳米颗粒的三维复合结构,该基底测量优势在于不仅能够在单位体积内产生更多的“热点”,而且会增加基底的比表面积来吸附更多的待测分子;第四种:使用蝴蝶翅膀为模板制备的三维精细微纳结构,该基底拥有极高的探测灵敏度以及良好的信号重现性。与低维度的表面增强拉曼散射基底相比,三维结构具有更加优越的性能以及一些单个粒子所不具备的新特性,能够显著提高表面增强拉曼散射信号检测的灵敏性和重复性,也为进一步的开发表面增强拉曼散射应用于实际检测中创造了机会。 2017年10月31 00:00 2017年第10期 41 45 3127731 张艳,黄高山,邱腾,梅永丰 金属有机框架材料(MOFs)在光催化有机合成中的应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201710030 能源紧缺和环境污染是目前人类面临的两个严峻的问题,因此寻找和开发新型绿色能源成为当前研究的热点之一。太阳能是一种绿色无污染并且可再生的能源,将太阳能转换为有用的化学能是解决能源和环境问题的有效途径之一。金属有机框架材料(MOFs)是一类由金属或金属氧单元通过有机配体连接形成的具有周期性网络结构的三维多孔材料。MOFs不仅具有与分子筛类似的拓扑结构,而且其金属氧单元可以看做分立的半导体量子点,具有类似半导体的性质。因此,MOFs作为一类很有潜力的光催化材料吸引了广大研究学者的注意,并已经在光解水产氢、污染物降解以及光催化有机合成等领域得到一些应用。其中,MOFs在光催化有机合成中的应用成为近几年的研究热点。总结了MOFs材料在光催化氧化、CO2还原以及一些复杂的光诱导有机合成中的应用;同时以光还原CO2为模型反应,对提高MOFs光催化性能的方法进行了总结和分析,充分展示了MOFs基材料在光催化应用中的优越性;最后,对MOFs在光催化有机合成中的应用前景进行了展望,强调了将MOFs的光催化特性与金属/配体/客体分子等的催化性能结合,发展多功能的MOFs光催化材料的发展前景。 2017年10月31 00:00 2017年第10期 41 45 4263068 孙登荣,李朝晖 热处理制度对大直径钛合金管材组织与性能的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201710032 采用4种热处理制度对TC4ELI钛合金大直径管材试样进行处理,研究不同热处理制度对其组织与性能的影响。结果表明:经750 ℃×1 h/AC普通退火处理后,组织为魏氏组织,具有较高的冲击韧性和断裂韧性,强度较低;经900 ℃×1 h/AC处理后,组织为晶界模糊的魏氏组织,同样具有较高的冲击韧性和断裂韧性,且强度较普通退火有所上升;经930 ℃×1 h/WQ+580 ℃×6 h/AC处理后,组织为魏氏组织,α片层较为细小,其断裂韧性(968 MPa·m1/2)、强度(892 MPa)、断面收缩率(42%)以及伸长率(160%)达到4种处理制度下的最大值,但冲击韧性急剧下降;经930 ℃×1 h/WQ+650 ℃×6 h/AC处理后,组织为魏氏组织,晶内α相片层取向呈编织状,具有较高的强度和断裂韧性,冲击韧性较差。 2017年10月31 00:00 2017年第10期 46 50 1863762 李婷,杜宇,赵亮,常江