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Prediction of impedance responses of protonic ceramic cells using artificial neural network tuned with the distribution of relaxation times 被引量:2
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作者 Xuhao Liu Zilin Yan +6 位作者 Junwei Wu Jake Huang Yifeng Zheng Neal PSullivan Ryan O'Hayre Zheng Zhong Zehua Pan 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期582-588,I0016,共8页
A deep-learning-based framework is proposed to predict the impedance response and underlying electrochemical behavior of the reversible protonic ceramic cell(PCC) across a wide variety of different operating condition... A deep-learning-based framework is proposed to predict the impedance response and underlying electrochemical behavior of the reversible protonic ceramic cell(PCC) across a wide variety of different operating conditions.Electrochemical impedance spectra(EIS) of PCCs were first acquired under a variety of opera ting conditions to provide a dataset containing 36 sets of EIS spectra for the model.An artificial neural network(ANN) was then trained to model the relationship between the cell operating condition and EIS response.Finally,ANN model-predicted EIS spectra were analyzed by the distribution of relaxation times(DRT) and compared to DRT spectra obtained from the experimental EIS data,enabling an assessment of the accumulative errors from the predicted EIS data vs the predicted DRT.We show that in certain cases,although the R^(2)of the predicted EIS curve may be> 0.98,the R^(2)of the predicted DRT may be as low as~0.3.This can lead to an inaccurate ANN prediction of the underlying time-resolved electrochemical response,although the apparent accuracy as evaluated from the EIS prediction may seem acceptable.After adjustment of the parameters of the ANN framework,the average R^(2)of the DRTs derived from the predicted EIS can be improved to 0.9667.Thus,we demonstrate that a properly tuned ANN model can be used as an effective tool to predict not only the EIS,but also the DRT of complex electrochemical systems. 展开更多
关键词 Protonic ceramic fuel cell/electrolysis cell Electrochemical impedance spectroscopy distribution of relaxation times Artificial neural network
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Revisiting the Curie-Von Schweidler Law for Dielectric Relaxation and Derivation of Distribution Function for Relaxation Rates as Zipf’s Power Law and Manifestation of Fractional Differential Equation for Capacitor 被引量:1
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作者 Shantanu Das 《Journal of Modern Physics》 2017年第12期1988-2012,共25页
The classical power law relaxation, i.e. relaxation of current with inverse of power of time for a step-voltage excitation to dielectric—as popularly known as Curie-von Schweidler law is empirically derived and is ob... The classical power law relaxation, i.e. relaxation of current with inverse of power of time for a step-voltage excitation to dielectric—as popularly known as Curie-von Schweidler law is empirically derived and is observed in several relaxation experiments on various dielectrics studies since late 19th Century. This relaxation law is also regarded as “universal-law” for dielectric relaxations;and is also termed as power law. This empirical Curie-von Schewidler relaxation law is then used to derive fractional differential equations describing constituent expression for capacitor. In this paper, we give simple mathematical treatment to derive the distribution of relaxation rates of this Curie-von Schweidler law, and show that the relaxation rate follows Zipf’s power law distribution. We also show the method developed here give Zipfian power law distribution for relaxing time constants. Then we will show however mathematically correct this may be, but physical interpretation from the obtained time constants distribution are contradictory to the Zipfian rate relaxation distribution. In this paper, we develop possible explanation that as to why Zipfian distribution of relaxation rates appears for Curie-von Schweidler Law, and relate this law to time variant rate of relaxation. In this paper, we derive appearance of fractional derivative while using Zipfian power law distribution that gives notion of scale dependent relaxation rate function for Curie-von Schweidler relaxation phenomena. This paper gives analytical approach to get insight of a non-Debye relaxation and gives a new treatment to especially much used empirical Curie-von Schweidler (universal) relaxation law. 展开更多
关键词 Power LAW relaxation RATE distribution FRACTIONAL Derivative FRACTIONAL Integration Curie-Von Schweidler LAW Time-Constants Laplace INTEGRAL Zipf’s LAW INTEGRAL Representation Time Dependent relaxation RATE Scale Dependent relaxation RATE Non-Debye relaxation
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基于DRT和ADIS的SOFC/SOEC电堆电化学阻抗谱研究 被引量:7
3
作者 王雪 张文强 +1 位作者 于波 陈靖 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期1279-1288,共10页
固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)电堆的电化学分析和诊断是国际上的研究难点。明确多片电堆的本征电化学反应机理和性能规律,是SOFC/SOEC技术实用化的关键。本研究采用弛豫时间分布法(DRT)耦合阻抗谱差异分析法(ADIS... 固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)电堆的电化学分析和诊断是国际上的研究难点。明确多片电堆的本征电化学反应机理和性能规律,是SOFC/SOEC技术实用化的关键。本研究采用弛豫时间分布法(DRT)耦合阻抗谱差异分析法(ADIS)对电堆在燃料电池模式和电解池模式下的复杂电化学行为进行了研究,通过弛豫时间解析出各个过程对应的特征峰,区分出不同的物理化学过程。研究表明,电堆在SOFC模式运行时,其氢电极含水量应大于20%,而SOEC模式运行时,含水量应小于80%,以最小化电池的气体扩散阻抗。本方法可应用于SOFC/SOEC电堆的分析诊断,简化电堆测量分析的复杂性,有助于电堆衰减机理和原因的实时诊断,并对电堆性能提高给出理论依据和指导建议。 展开更多
关键词 电化学阻抗谱 弛豫时间分布法 固体氧化物电解池 阻抗谱差异分析法 衰减机理
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Regulation of MRI contrast and cellular retention time by cellular interfacial distribution of Gd agents:Implications for stem cell tracking 被引量:1
4
作者 Yanhui Zhang Binbin Li +2 位作者 Bo Tan Hailu Zhang Zongwu Deng 《Magnetic Resonance Letters》 2022年第1期48-55,I0003,共9页
Human mesenchymal stem cells(hMSCs)were labeled with Dotarem or(Gd-DOTA)2-EM7(EM7Gd2)via electroporation(EP).Cellular transmission electron microscopy(TEM)reveals free distribution of Gd agents and formation of EM7Gd... Human mesenchymal stem cells(hMSCs)were labeled with Dotarem or(Gd-DOTA)2-EM7(EM7Gd2)via electroporation(EP).Cellular transmission electron microscopy(TEM)reveals free distribution of Gd agents and formation of EM7Gd2 clusters in the cytosol.Cellular magnetic resonance imaging(MRI)reveals that the free Gd agents induce MRI signal enhancement effect due to its fast exocytosis and subsequent interaction with intercellular water molecules.The EM7Gd2 clusters exhibits a longer intracellular retention time and induce a persistent MRI signal reduction effect.The cellular MRI results are interpreted by taking into account both T1 and T2 relaxation rates and their correlation with cellular binding structures of Dotarem and EM7Gd2. 展开更多
关键词 MRI Gd agent Cellular distribution relaxation rate Intracellular retention time
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基于自放电阻抗变化的锂电池存储容量衰减评估技术
5
作者 董明 李晓枫 +3 位作者 熊锦晨 刘王泽宇 罗阳 任明 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第3期1052-1062,I0020,共12页
随着锂电池在动力和储能等领域得到广泛应用,锂电池的寿命问题成为限制其发展的重要桎梏。电池处于存储状态时也会发生性能衰退而影响寿命,因此,研究电池自放电过程中的阻抗变化以表征内部电化学反应与结构相变过程,对于电池寿命模型完... 随着锂电池在动力和储能等领域得到广泛应用,锂电池的寿命问题成为限制其发展的重要桎梏。电池处于存储状态时也会发生性能衰退而影响寿命,因此,研究电池自放电过程中的阻抗变化以表征内部电化学反应与结构相变过程,对于电池寿命模型完善有十分重要的意义。基于此,该文通过容量增量曲线对电池容量衰减的内因展开分析;在不同影响因素下自放电过程中电池阻抗谱变化规律的基础上,利用弛豫时间分布法进行理论原理分析;最后,在电池自放电老化过程的原理推导的基础上总结电池容量衰减量随时间的变化规律,并结合实验数据建立不同影响因素下电池容量衰减模型。结果表明,在存储过程中,电池的固体电解质界面(solid electrolyte interface,SEI)膜内阻增大,且存储温度越高、初始充电状态(state of charge,SOC)越大,相应的阻抗增加幅度越大。自放电过程电池老化主要原因是可循环活性锂离子的消耗和SEI膜的生长。同时该文推导出电池容量损失与时间近似呈0.5次方关系,并利用实验数据拟合得到电池在不同初始SOC和不同存储温度影响下的容量变化模型,为锂电池寿命模型预测提供更进一步的参考。 展开更多
关键词 锂离子电池 自放电 弛豫时间分布 固体电解质界面膜内阻 容量衰减模型
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基于弛豫时间分布的PEMFC操作条件敏感度分析
6
作者 韩恺 杨子骞 +2 位作者 王永真 李小龙 王萱宇 《北京理工大学学报》 北大核心 2025年第3期265-275,共11页
为了研究操作条件对燃料电池性能影响的敏感度的定量分析,针对实验室用质子交换膜燃料电池,通过单变量极化曲线实验获得了不同操作条件对电压的影响规律.在此基础上设计并开展了1.0 A/cm^(2)与2.0 A/cm^(2)下的正交实验,引入弛豫时间分... 为了研究操作条件对燃料电池性能影响的敏感度的定量分析,针对实验室用质子交换膜燃料电池,通过单变量极化曲线实验获得了不同操作条件对电压的影响规律.在此基础上设计并开展了1.0 A/cm^(2)与2.0 A/cm^(2)下的正交实验,引入弛豫时间分布方法与等效电路模型量化分析了各操作条件对电压与极化阻抗的敏感度.结果表明,两种电流密度下,输出电压、电荷转移阻抗与传质阻抗均对工作温度、阴极进气湿度与计量比3个操作条件最敏感;随电流密度增加,操作条件对燃料电池性能的影响方式由温度主导的电荷转移阻抗演变为阴极计量比主导的传质阻抗. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 操作条件 正交实验 弛豫时间分布 敏感度分析
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基于弛豫时间分布法的退役动力电池健康状态评估
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作者 张子恒 耿萌萌 +4 位作者 范茂松 金玉红 刘晶冰 杨凯 汪浩 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第2期770-778,共9页
退役电池在进行梯次利用之前需要对其参数进行测试与评估,以保证后续依据电池的性能为其选择适合的应用场景。健康状态(state of health,SOH)的准确评估是退役动力电池是否有梯次利用价值的前提。针对目前退役动力电池SOH评估准确性低... 退役电池在进行梯次利用之前需要对其参数进行测试与评估,以保证后续依据电池的性能为其选择适合的应用场景。健康状态(state of health,SOH)的准确评估是退役动力电池是否有梯次利用价值的前提。针对目前退役动力电池SOH评估准确性低的问题。本工作首先利用弛豫时间分布法对电化学阻抗谱进行分析,用以得到其中能准确反应电池健康状态的特征频率,将特征频率对应的阻抗数据作为特征输入参量,输入麻雀算法优化的极限学习机模型以实现退役动力电池SOH的评估。为了验证评估方法的有效性,针对7只方形磷酸铁锂退役电池进行循环老化实验,并在每个循环周期后进行电化学阻抗测试。使用退役动力电池的实际的电化学阻抗谱用于分析与建模实现SOH评估,并将结果与实际的SOH数据进行对比,并与传统的SOH评估方法进行了对比。评估结果表明,相较于其他方法采用弛豫时间分布法进行分析的均方误差(mean square error,MSE)与平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)更低。相较于使用未优化的极限学习机模型,MSE和MAPE分别降低了47.1%和60.5%,表明本文的SOH评估方法具有更小的误差和更高的准确性,在实际的梯次利用中很有应用价值。 展开更多
关键词 退役动力锂离子电池 健康状态 交流阻抗谱 弛豫时间分布 极限学习机
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基于KD-DRT的雷达射频信号半实物仿真系统实现 被引量:1
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作者 姚新宇 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2563-2566,共4页
首先介绍了分布实时仿真系统的四层体系结构,从而引出支撑系统KD-DRT;再提出采用这种分层的分布实时仿真技术构建精确制导武器的雷达射频信号半实物仿真系统;对系统模块的层次化分解以及分布系统的时间同步策略进行了分析,最后给出了系... 首先介绍了分布实时仿真系统的四层体系结构,从而引出支撑系统KD-DRT;再提出采用这种分层的分布实时仿真技术构建精确制导武器的雷达射频信号半实物仿真系统;对系统模块的层次化分解以及分布系统的时间同步策略进行了分析,最后给出了系统的具体实现结构,验证了KD-DRT针对雷达信号级分布实时仿真的有效性。 展开更多
关键词 分布实时仿真 射频信号仿真 四层结构 KD-drt
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Unveiling solid-solid contact states in all-solid-state lithium batteries:An electrochemical impedance spectroscopy viewpoint
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作者 Jin-Liang Li Liang Shen +9 位作者 Zi-Ning Cheng Jun-Dong Zhang Ling-Xuan Li Yu-Tong Zhang Yan-Bin Gao Chunli Guo Xiang Chen Chen-Zi Zhao Rui Zhang Qiang Zhang 《Journal of Energy Chemistry》 2025年第2期16-22,I0002,共8页
All-solid-state lithium batteries(ASSLBs)are strongly considered as the next-generation energy storage devices for their high energy density and intrinsic safety.The solid-solid contact between lithium metal and solid... All-solid-state lithium batteries(ASSLBs)are strongly considered as the next-generation energy storage devices for their high energy density and intrinsic safety.The solid-solid contact between lithium metal and solid electrolyte plays a vital role in the performance of working ASSLBs,which is challenging to investigate quantitatively by experimental approach.This work proposed a quantitative model based on the finite element method for electrochemical impedance spectroscopy simulation of different solid-solid contact states in ASSLBs.With the assistance of an equivalent circuit model and distribution of relaxation times,it is discovered that as the number of voids and the sharpness of cracks increase,the contact resistance Rcgrows and ultimately dominates the battery impedance.Through accurate fitting,inverse proportional relations between contact resistance Rcand(1-porosity)as well as crack angle was disclosed.This contribution affords a fresh insight into clarifying solid-solid contact states in ASSLBs. 展开更多
关键词 Electrochemical impedance spectroscopy All-solid-state lithium batteries Solid-solid contacts Finite element method Equivalent circuit model distribution of relaxation times
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Analysis of Internal Moisture Change of Camphor Seeds during Drying by Low-Field NMR 被引量:2
10
作者 Yan XUAN Yilong XIANG +3 位作者 Jing YANG Buhong GAO Ying TANG Feng LIN 《Agricultural Biotechnology》 CAS 2019年第4期119-122,共4页
In this study,low-field nuclear magnetic resonance(LF-NMR)was used to collect the transverse relaxation signals of camphor seeds that had been dried at different temperatures and for different durations.The transverse... In this study,low-field nuclear magnetic resonance(LF-NMR)was used to collect the transverse relaxation signals of camphor seeds that had been dried at different temperatures and for different durations.The transverse relaxation time of the hydrogen nucleus was obtained by SIRT(Simultaneous Iterative Reconstruction Technique)inversion,and the correlation between the moisture content on dry basis and the amplitude of NMR signal of camphor seeds sampled at different drying stages was analyzed.The results showed that water existed in three main forms strongly bound water,weakly bound water and free water in camphor seeds.During the drying process,the peak position of strongly bound water remained unchanged,but the peak positions of weakly bound water and free water fluctuated.Drying rate increased with drying temperature increasing.In addition,there was a very significant linear relationship between the total NMR signal amplitude and moisture content on dry basis,and the correlation coefficient reached 0.984 4. 展开更多
关键词 Nuclear Magnetic Resonance(NMR) CAMPHOR SEED Water distribution relaxation time spectrum Correlation
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EIS/DRT研究NCA锂离子电池满荷状态日历时效过程
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作者 刘薇 程广玉 +2 位作者 曹永杰 王宁 张俊喜 《电源技术》 CAS 北大核心 2022年第7期748-753,共6页
利用电化学阻抗谱技术(EIS)结合弛豫时间分布技术(DRT)研究了25、55和70℃下LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2)的日历时效过程。分别引入正、负极半电池和正、负极对称电池,研究正、负极对全电池阻抗的贡献,DRT辅助解析了EIS在10^(-1)~... 利用电化学阻抗谱技术(EIS)结合弛豫时间分布技术(DRT)研究了25、55和70℃下LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2)的日历时效过程。分别引入正、负极半电池和正、负极对称电池,研究正、负极对全电池阻抗的贡献,DRT辅助解析了EIS在10^(-1)~10^(4) Hz频率范围的不同时间常数的物理化学意义,建立并拟合等效电路模型(ECM)。结果显示,固态电解质界面膜(SEI)产生的阻抗是电池容量衰减的主要来源。利用FT-IR和XPS研究了正、负极的老化特征,采用扫描电镜观察正、负极表面和横截面在加速日历失效过程中的形貌变化。结果表明,负极产生的阻抗是电池性能下降的主要来源。 展开更多
关键词 日历老化 寿命预测 电化学阻抗谱 弛豫时间分布 事后分析
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基于电化学阻抗谱的锂电池过充电阻抗特性与检测方法研究 被引量:4
12
作者 董明 刘王泽宇 +5 位作者 李晓枫 贺馨仪 熊锦晨 罗阳 张崇兴 任明 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期3388-3398,I0004,共12页
目前以锂电池为主的电化学储能单元及系统应用日益广泛,而锂电池在实际使用中频发因过充电滥用引发电池故障的情况,因此实际电池的过充电状态准确检测一直是该领域的难点和瓶颈问题。针对此,该文采用电化学阻抗谱技术对单体电池过充电... 目前以锂电池为主的电化学储能单元及系统应用日益广泛,而锂电池在实际使用中频发因过充电滥用引发电池故障的情况,因此实际电池的过充电状态准确检测一直是该领域的难点和瓶颈问题。针对此,该文采用电化学阻抗谱技术对单体电池过充电行为及过程开展检测研究,在实验室设计并制定电池过充电模拟循环实验,利用弛豫时间分布法对锂电池阻抗特性进行分析;在获得电池阻抗特性的基础上,对电池弛豫时间分布曲线进行解析;最后筛选阻抗特征参量为模型输入量,构建支持向量机模型进行电池过充电检测。结果表明,弛豫时间分布曲线中的极化峰P1对应锂离子在固态电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)膜中的扩散过程、极化峰P2对应电子在正极材料中的扩散过程、极化峰P3对应锂离子在电极界面的氧化还原反应。过充电会导致电池欧姆内阻、SEI膜内阻与电荷转移电阻的增长速率最大为正常循环的266%、360%和182%,其中固态电解质界面SEI膜内阻为主要因素。电化学阻抗谱的阻抗特征参量以及支持向量机模型可以用于锂电池过充电检测,估计精度达93.24%。不仅可掌握电池的运行状态,还可对过充电进行有效辨识。 展开更多
关键词 锂离子电池 弛豫时间分布 电化学阻抗谱 过充电 支持向量机
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页岩核磁共振横向弛豫时间与孔径分布量化关系及应用 被引量:5
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作者 吴连波 《油气地质与采收率》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期36-43,共8页
核磁共振横向弛豫时间(T2)常用于表征页岩的全孔径分布特征。为确定T2谱与页岩孔径的量化关系,选取济阳坳陷沙河街组7块页岩样品进行低温氮吸附、核磁共振实验。利用T2几何平均值和孔隙比表面积、孔隙体积之间的关系式,获得T2谱计算孔... 核磁共振横向弛豫时间(T2)常用于表征页岩的全孔径分布特征。为确定T2谱与页岩孔径的量化关系,选取济阳坳陷沙河街组7块页岩样品进行低温氮吸附、核磁共振实验。利用T2几何平均值和孔隙比表面积、孔隙体积之间的关系式,获得T2谱计算孔径分布的关键参数——表面弛豫率。7块页岩样品的表面弛豫率为1.52~3.06 nm/ms,平均值为2.53 nm/ms。由表面弛豫率计算的孔径分布结果与低温氮吸附的NLDFT模型计算结果相似度高,证实了页岩表面弛豫率确定方法和取值的合理性。利用上述方法确定了济阳坳陷典型页岩薄层的孔径分布,结合储层物性和地球化学分析结果,认为页岩中泥质薄层主要起到生-储作用,而纤维状方解石薄层、粉晶方解石薄层和长英质薄层则可以作为储-渗通道。在研究页岩油微观富集、流动机制及评价页岩油“甜点”时,需细化分析不同薄层的孔径分布特征及其生-储-渗作用。 展开更多
关键词 页岩 核磁共振横向弛豫时间 表面弛豫率 孔径分布 孔渗结构 济阳坳陷
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联合时延-多普勒-角度的无源雷达目标定位凸优化算法 被引量:1
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作者 杨静 刘成城 +1 位作者 黄洁 李霞 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2091-2102,共12页
针对分布式多输入多输出雷达中联合时延-多普勒-角度测量的运动目标定位问题,提出了一种基于半正定松弛的凸优化定位算法,改善了测量误差较大时定位误差偏离克拉美罗界的阈值效应.首先,将定位问题表述为最大似然估计问题,通过引入辅助... 针对分布式多输入多输出雷达中联合时延-多普勒-角度测量的运动目标定位问题,提出了一种基于半正定松弛的凸优化定位算法,改善了测量误差较大时定位误差偏离克拉美罗界的阈值效应.首先,将定位问题表述为最大似然估计问题,通过引入辅助变量将定位问题转化为带约束的加权最小二乘优化问题,然后使用半正定松弛技术,转化为半正定规划凸问题,并采用内点法对该凸问题求解得到目标位置和速度估计.由于凸优化问题的局部最优解就是全局最优解,本文算法具有良好的全局收敛性.仿真结果表明,与现有算法相比,本文算法的定位误差逼近克拉美罗下界,在大测量误差水平下的定位精度和稳健性优于现有算法. 展开更多
关键词 分布式MIMO雷达 角度 时延 多普勒频率 半正定松弛
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介孔碳载体缓解碱性聚电解质燃料电池阳极水淹
15
作者 江文涌 葛创新 +3 位作者 王功伟 陆君涛 肖丽 庄林 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第2期51-58,共8页
碱性聚电解质燃料电池(APEFCs)相较于目前研究最多的质子交换膜燃料电池(PEMFCs),其优势体现在阴/阳两极均可使用价格低廉的非贵金属催化剂,有望降低燃料电池的使用成本.APEFCs的研究在过去20年飞速发展,主要集中在高效碱性聚电解质(APE... 碱性聚电解质燃料电池(APEFCs)相较于目前研究最多的质子交换膜燃料电池(PEMFCs),其优势体现在阴/阳两极均可使用价格低廉的非贵金属催化剂,有望降低燃料电池的使用成本.APEFCs的研究在过去20年飞速发展,主要集中在高效碱性聚电解质(APE)隔膜和阴/阳极催化剂等关键材料的研发.目前,APEFCs的性能已接近于PEMFCs,针对其研究也逐渐从关键材料的研发扩展到电池的稳定性和水管理等更深层次问题.相较于PEMFCs,APEFCs的水管理问题更为复杂.每当阳极产生4个水分子,阴极会消耗2个水分子,容易导致阴极缺水和阳极水淹,进而影响电池的性能和稳定性.对APEFCs水管理的优化将是实现电池性能和稳定性突破的重要方向.本文主要研究碳载体对APEFCs水管理的影响,合成了一系列介孔碳负载的Ru催化剂(Ru/MCP-x,x为MCP的孔径,x=30,50,100 nm),并以Ru/XC72催化剂为对照.扫描电镜和N2吸附-脱附结果表明,介孔碳载体具有三维贯通的孔结构,而XC72为实心碳颗粒.溶液电化学测试结果表明,不同催化剂在0.1 mol/L的KOH溶液中的氢氧化反应(HOR)活性相当.以Ru/MCP-x和Ru/XC72为阳极催化剂进行电池装配(记为Ru/MCP-x电池和Ru/XC72电池),结果表明,当使用高进气流量(1000 mL/min)时,Ru/MCP-x电池和Ru/XC72电池性能接近;当使用更接近实际工况的低进气流量(200 mL/min)时,所有电池性能均有所下降,且降幅存在明显差距.其中,Ru/MCP-50电池和Ru/MCP-100电池的降幅分别为36%和35%,而Ru/MCP-30电池和Ru/XC72电池的降幅分别为43%和72%.通过在低进气流量下改变进气湿度,结果发现,Ru/MCP-30电池和Ru/XC72电池性能大幅下降的原因是阳极发生水淹.弛豫时间分布(DRT)方法可以将不同弛豫时间的极化过程在时域中分离开来,从而可以分辨各极化过程对电池性能的影响.利用电化学交流阻抗(EIS)技术结合DRT方法进一步分析各电池在不同电流密度下的阻抗行为,DRT结果表明,在低进气流量下Ru/XC72电池的传质极化电阻显著高于Ru/MCP-x电池,说明阳极水淹导致了Ru/XC72电池的气体传质受阻,因而电池性能大幅下降.当MCP孔径增加至50和100 nm时,传质极化电阻在不同电流密度下始终处于较低水平,电池未发生明显水淹.这说明孔径的增加有效地缓解了低进气流量下阳极的水淹问题,从而保持较高的电池性能.综上,本文利用EIS-DRT方法比较了不同阳极碳载体对APEFCs性能和气体传质极化电阻的影响,表明介孔碳载体有利于缓解APEFCs中的阳极水淹问题,具有作为阳极载体的潜力. 展开更多
关键词 介孔碳 碱性聚电解质燃料电池 水淹 弛豫时间分布
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基于电化学阻抗谱的电池组不一致性诊断
16
作者 姚晗欣 王学远 +2 位作者 袁永军 戴海峰 魏学哲 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期1167-1176,共10页
电池组中的单体电池之间可能会存在温度、荷电状态、老化状态(容量和内阻)等不一致。由于“短板效应”的存在,不一致性将会影响电池组的整体性能发挥,及时准确地进行不一致性诊断非常必要。考虑到上述提及的不一致性会对电极过程特性产... 电池组中的单体电池之间可能会存在温度、荷电状态、老化状态(容量和内阻)等不一致。由于“短板效应”的存在,不一致性将会影响电池组的整体性能发挥,及时准确地进行不一致性诊断非常必要。考虑到上述提及的不一致性会对电极过程特性产生影响,进而反映在电化学阻抗谱(EIS)和弛豫时间分布(DRT)上,本文在结合等效电路厘清几种不一致性对EIS和DRT的影响规律后,创新性地提出了一种基于EIS和DRT的电池组不一致性诊断方法。通过将异常电池混入一组一致性良好的电池中,对比分析了K-means、AP和DBSCAN等无监督聚类算法性能,结果表明DBSCAN诊断准确率为99.2%,可以实现电池组内单体电池不一致性差异的准确诊断。 展开更多
关键词 锂离子电池 电化学阻抗谱 弛豫时间分布 不一致性 无监督聚类
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基于电化学阻抗谱及弛豫时间分布的锂电池异常识别与诊断
17
作者 袁永军 郭玄 +3 位作者 王学远 姜波 戴海峰 魏学哲 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期223-234,共12页
针对锂离子电池模组中单体电池的状态识别与诊断问题,基于电化学阻抗谱和弛豫时间分布曲线,引入仿射传播(AP)聚类算法进行电池模组异常识别,并与基于密度噪声鲁棒空间聚类(DBSCAN)算法进行对比,以10个正常样本、多个异常样本进行识别。... 针对锂离子电池模组中单体电池的状态识别与诊断问题,基于电化学阻抗谱和弛豫时间分布曲线,引入仿射传播(AP)聚类算法进行电池模组异常识别,并与基于密度噪声鲁棒空间聚类(DBSCAN)算法进行对比,以10个正常样本、多个异常样本进行识别。结果表明,AP聚类算法在精度、鲁棒性、参数敏感性方面(数据重叠、密度不均等)表现得比DBSCAN算法更好。另外,引入极端梯度提升(XGBoost)回归器,在存储该电池对应的一定数据后,对同样电池进行识别时,直接通过XGBoost回归器进行电池异常诊断。结果表明,异常检出率为100%,异常种类识别准确率超过92%。最后,提出了包括数据收集、特征提取、识别诊断等关键环节的电池模组异常识别和诊断系统。 展开更多
关键词 锂离子电池 异常诊断 电化学阻抗谱 弛豫时间分布 仿射传播聚类算法
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应用阻抗谱的锂电池模组早期内短路故障诊断
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作者 李晓枫 常益 +7 位作者 杨章 刘王泽宇 董明 雷万钧 任明 张崇兴 王若谷 郭安祥 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1-13,共13页
针对锂电池模组内部内短路故障单体诊断困难、检测效率低下的问题,提出应用电荷传递内阻和固体电解质界面膜内阻比值变化幅度的锂电池模组早期内短路故障诊断方法。所提方法基于电化学阻抗谱对内短路故障演化过程中锂电池内部电化学反... 针对锂电池模组内部内短路故障单体诊断困难、检测效率低下的问题,提出应用电荷传递内阻和固体电解质界面膜内阻比值变化幅度的锂电池模组早期内短路故障诊断方法。所提方法基于电化学阻抗谱对内短路故障演化过程中锂电池内部电化学反应变化进行监测,利用弛豫时间分布方法针对阻抗谱特征进行量化分析。在阻抗谱由单体维度到模组维度正向推衍的基础上,筛选满荷电状态下电荷传递内阻和固体电解质界面膜内阻作为主要的评估指标,并根据阈值诊断模型搭建实验平台进行验证。实验结果表明:欧姆内阻和电荷传递内阻随着内短路故障程度的加深逐渐增大,固体电解质界面膜内阻整体呈现出逐渐减小的趋势;当模组电池数控制在8节以下时,通过阈值诊断模型对存在故障单体的模组识别准确率可以达到100%。通过对阻抗谱特征的精确辨识与分析,该方法能够有效实现锂电池模组早期内短路故障的准确诊断。 展开更多
关键词 锂电池模组 内短路故障 电化学阻抗谱 弛豫时间分布 阈值诊断模型
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电化学阻抗谱机器学习评估动力电池状态研究进展
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作者 姜岱延 金玉红 +4 位作者 张子恒 刘晶冰 张媛 李思全 汪浩 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第8期1494-1502,共9页
退役动力锂电池(额定容量80%以上)梯次利用可有效缓解电池回收和环境污染压力,提高资源利用率和经济效益,然而对其进行快速、无损和准确的状态评估仍是一个挑战。与其他已报道的方法相比,电化学交流电测量电池并收集数据绘制阻抗谱图是... 退役动力锂电池(额定容量80%以上)梯次利用可有效缓解电池回收和环境污染压力,提高资源利用率和经济效益,然而对其进行快速、无损和准确的状态评估仍是一个挑战。与其他已报道的方法相比,电化学交流电测量电池并收集数据绘制阻抗谱图是研究电池状态的核心方法,具有快速、无损这两种优势。通过这种方式检测的电池可以建立起内部阻抗和状态相关性,快速完成电池状态评测。电化学阻抗谱图的分析方法主要包括依靠测量数据和机器学习的方法进行阻抗的预测,依靠等效电路图对电路各个等效元件的变化情况进行分析,以及用积分算法将阻抗谱图转化为更直观的弛豫时间分布图谱。这些方法都提供了电池内部老化情况的分析方法,为电池内部阻抗和健康状态之间的联系提供了电化学方面的基础。基于此,综述了电化学阻抗谱结合机器学习评估动力锂电池状态在国内外最新研究进展,重点针对电化学阻抗谱、等效电路模型、弛豫时间分布和机器学习之间的关系进行总结和探讨。 展开更多
关键词 电池状态 电化学阻抗谱图 机器学习 等效电路模型 弛豫时间分布
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高性能全固态电池Li_(7-x)PS_(6-x)Cl_(x)电解质中氯含量的优化
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作者 朱骏昌 刘汉周 +5 位作者 胡雅琪 林园园 吴壮志 卢洋 张宗良 刘芳洋 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3076-3091,共16页
在全固态电池快速发展的背景下,硫银锗矿型电解质Li_(6)PS_(5)Cl因其高离子导率、加工性能好等特点备受瞩目。电解质中的氯取代显著影响其离子电导率和稳定性等特性,但调节氯含量对界面影响的研究仍有待完善。本文采用固相烧结法制备了x... 在全固态电池快速发展的背景下,硫银锗矿型电解质Li_(6)PS_(5)Cl因其高离子导率、加工性能好等特点备受瞩目。电解质中的氯取代显著影响其离子电导率和稳定性等特性,但调节氯含量对界面影响的研究仍有待完善。本文采用固相烧结法制备了x=1.0~1.5的Li_(7-x)PS_(6-x)Cl_(x)电解质,评估氯含量(x=1.0~1.5所对应的氯摩尔分数分别为25%~37.5%)对其理化性质的影响。此外,基于电解质在电池不同部件中的性能表现,结合X光电子能谱与阻抗弛豫时间分布等,系统评估氯含量对界面与性能的影响。Li_(5.7)PS_(4.7)Cl_(1.3)材料在正极中展现出优秀的倍率性能;而对于电解质层,高氯含量材料Li_(5.5)PS_(4.5)Cl_(1.5)将导致正、负极界面劣化,降低循环性能。通过调控氯含量,可平衡离子电导与界面反应,从而提升综合性能。所组装的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)@Li_(5.7)PS_(4.7)Cl_(1.3)|Li_(6)PS_(5)Cl|LiIn电池,在20 mg/cm^(2)载量、0.5C倍率循环300圈后仍有132.8 mA·h/g的比容量。 展开更多
关键词 硫化物固态电解质 Li_(7-x)PS_(6-x)Cl_(x) 全固态电池 氯取代 弛豫时间分布
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