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1. 钠离子电池电解液添加剂研究进展

郭玉玥翟笑影张宁博

过程工程学报 2023, 23 (8): 1089-1101. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223104

摘要（1389）

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PDF （3494KB）（1399）

随着能源革命的高涨，二次电池作为新型储能方式受到人们的广泛关注。钠离子电池与锂离子电池工作原理相似，且在资源储备、成本低廉、低温、倍率及安全性能方面具有极大优势。钠离子电池体系中，电解液作为衔接正负极材料体系的中间桥梁，发挥着至关重要的作用，而添加少量的功能性分子可以使电池整体性能实现显著提升。本工作围绕电解液添加剂进行介绍，综述了近年来不饱和碳酸酯、含硫化合物、含磷化合物、含硅化合物、无机钠盐及其他类型组分在钠离子电池电解液中的研究进展和相关机理。最后从科学理念和实际应用的角度出发，对电解液添加剂的未来研究进行展望。

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2. 锂离子电池热管理技术研究进展

李嘉鑫李鹏钊王苗陈纯闫良玉高月杨生宸陈满满赵财毛景

过程工程学报 2023, 23 (8): 1102-1117. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223094

摘要（1018）

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PDF （13593KB）（429）

高效的电池热管理技术对于锂离子电池的安全运行、长循环使用寿命以及整体成本的降低至关重要，且对推动锂离子电池的大规模应用具有重要意义。本综述详细讨论了几种主流的电池热管理技术，即空气冷却、液体冷却、新型的相变材料冷却和热电冷却技术，并对电池产热模型进行了简要阐述，最后对电池冷却技术的发展方向进行了展望。空气冷却技术结构简单，但难以保证电池组内电芯温度的一致性，不适用于大型锂离子电池组的冷却，更多应用于小型飞行电动设备和低端车型中。冷却板液冷技术的冷却效果较好，但存在冷却液泄漏风险且需要进一步提高均温性。浸没式液冷技术的冷却和均温效果显著，但价格昂贵，未来可能会更多地应用到冷却要求较高的储能电站中，而对于大多数锂离子电动汽车而言，成本更低的冷却板液冷技术是更好的选择。相变材料冷却和热电冷却技术无移动部件，在电子设备和小型动力设备领域实现了初步商业化应用，但冷却效率较低，还需要进一步优化。值得注意的是，根据用户的需求来选择合适的冷却技术是十分关键的，虽然目前没有完美的冷却方案，但可以通过复合使用多种冷却技术的方式来满足更多应用场景的热管理需求。

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3. 新能源电池领域导电剂技术的研究与产业化

袁佩玲丁星星郭鹏张彩丽胡锐

过程工程学报 2023, 23 (8): 1118-1130. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223115

摘要（420）

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PDF （2082KB）（165）

二次电池已经被广泛开发并应用于各种领域，如大规模储能、便携式电子设备和电动汽车。作为锂离子电池的重要组成部分，主要通过构建导电网络来增加和保持电极的电子导电性，从而有效改善电池的电化学性能。导电剂虽然在锂离子电池成本的占比较小(2%左右)，但相比于数十万亿级别的锂离子电池产业，导电剂也随之成为了千亿级别的产业。目前，主流导电剂为炭黑类、导电石墨类、气相生长碳纤维(VGCF)、碳纳米管和石墨烯。其中，炭黑类、导电石墨类和VGCF作为传统导电剂，其在活性物质间可形成点、线接触式导电网络；碳纳米管和石墨烯属于新型导电剂材料，其可分别形成线、面接触式导电网络。相对于单一导电剂，复合导电剂可使不同导电剂之间产生协同效应，从而表现出更优异的性能，因此新型导电剂与传统导电剂是高度统一的关系，在成本及性能的综合考量下，未来导电剂体系将逐步从单一化走向多元复合化。此外，我国导电剂长期依赖进口，近年来一些优秀企业在制备方法和分散技术方面逐步打破工艺壁垒，加速国产化进程。本工作将讨论碳纳米材料作为导电剂用于电池领域并改善电池电化学性能的相关工作，并进一步讨论导电剂的产业化现状前景。

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4. 千瓦级铝空电池用含Ti阳极材料的研究

徐聪房新月孔敏王瑞智张钧卢广玺胡俊华关绍康

过程工程学报 2023, 23 (8): 1131-1136. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223107

摘要（231）

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PDF （27370KB）（102）

随着科学技术的发展，现代工业与社会发展对电力能源的依赖程度越来越高，先进高效的能源转换技术是发展的关键，新型大功率燃料电池(如铝空气电池)因其具有能量密度高(理论能量密度8100 Wh/kg)、储量丰富、生产成本低、环保无毒等优点而受到众多学者的青睐。本工作通过对千瓦级铝空电池用含Ti阳极材料的系统研究，探明了不同Ti含量(0.03wt%, 0.05wt%, 0.08wt%和0.10wt%)对千瓦级铝空电池用Al-Mg-In阳极材料微观组织、腐蚀行为、电化学行为和放电行为的影响规律。结果表明，随Ti含量增加，Al-Mg-In阳极中纤维状晶粒逐渐细化，晶粒组织逐渐均匀，晶界数目增多，可以为铝空电池提供更多的反应面积。阳极材料的放电反应通道较多，放电活性也随之升高，有助于铝阳极工作电压提升。当Ti添加量超过0.05wt%时会导致Al-Mg-In阳极板材中第二相颗粒数目增多，第二相与基体之间形成“原电池”，加速合金腐蚀，晶界局部溶解从而造成合金耐蚀性能下降，放电性能降低。因此，添加0.05wt% Ti的Al-Mg-In合金具有最佳的耐蚀性和电池放电性能，说明适量的Ti可以优化铝空气电池的性能。

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5. “双碳”背景下新能源固态电池材料理论设计与电池技术开发进展

徐红杰汪光辉苏钰杰张志高李海通杨中正王雨晨胡林悦曹国钦

过程工程学报 2023, 23 (7): 943-957. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223113

摘要（477）

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PDF （4779KB）（342）

由于可充电锂金属电池(LMBs)具有较高理论能量密度，在便携式电子设备、电动汽车和智能电网等方面有重要应用。以固态电解质和锂金属负极组装的固态电池(ASSBs)具有高安全性，被认为是可提高电池能量密度和有效解决安全问题的一种有前景的电池技术。然而，LMBs在实际实施过程中仍面临许多挑战，如库仑效率低、循环性能差和界面反应复杂等。深入分析ASSBs的物理基础和化学科学问题对电池开发具有重要意义。为了证实和补充实验研究机理，理论计算为探索电池材料及其界面的热力学和动力学行为提供了一种强有力的支撑，为设计综合性能更好的电池奠定了理论基础。本工作论述了理论计算方法在电池关键材料计算中的应用和研究意义；综述了硫化物固态电解质中Li10GeP2S12 (LGPS)及银硫锗矿体系的理论和结构设计思路，包括锂离子的输运机理和扩散路径。分析了新型反钙钛矿Li3OCl和双反钙钛矿Li6OSI2电解质体系的理论设计思路。综述了氧化物固态电解质体系在缺陷调控下锂离子的输运机理。此外，本工作针对新型卤化物电解质体系的理论设计也进行了介绍。介绍了计算材料学在电池材料性能研究中的作用：借助理论手段分析离子传输机制、相稳定性、电压平台、化学和电化学稳定性、界面缓冲层和电极/电解质界面等关键问题；理解原子尺度下的充放电机制，并为电极材料和电解质提供合理的设计策略。总结了固态电解质和ASSBs电极与电解质间界面的理论计算的最新进展。最后，对ASSBs理论计算的不足、挑战和机遇进行了展望。

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6. 生物合成尼龙新材料核心单体二元胺研究进展

蔺琨李壮王坤毕莹纪秀玲张志刚黄玉红

过程工程学报 2023, 23 (7): 958-971. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223147

摘要（761）

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PDF （1140KB）（598）

二元胺是聚酰胺、聚氨酯和聚脲等高分子材料合成的核心单体，生产需求巨大。在碳中和大背景下，合成生物基二元胺是实现低碳生产和可持续发展的有效途径，借助合成生物学、代谢工程、蛋白质工程等策略能够设计和开发高效的二元胺生物合成关键酶和途径。本工作简述了1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺的天然或人工合成路径，围绕微生物从头合成发酵和全细胞催化两种合成策略综述了二元胺的合成进展，丁二胺的生物合成主要包括鸟氨酸脱羧与赖氨酸脱羧路径，目前主要以发酵法生产丁二胺，但丁二胺的产率较低，不能达到工业生产的需求；戊二胺的生物合成路径为赖氨酸脱羧，主要采用发酵法和全细胞催化法，其中全细胞催化合成戊二胺更为高效，技术趋于成熟，已被广泛应用于规模化生产；己二胺目前主要是通过构建人工途径进行生物合成。另外，针对二元胺生物合成过程遇到的副产物多、菌株活性差、产率低、分离纯化困难等问题与挑战，提出了结合代谢工程和蛋白质工程优化关键酶催化、探索二元胺积累造成细胞损伤的影响机制、增强酶催化专一性和活性以提高生产强度、优化发酵体系、简化后续分离纯化步骤等提高生物合成二元胺的方法，同时指明了未来生物基二元胺工作的重要方向并展望了生物基二元胺的发展前景。

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7. 盐梯度太阳池储热性能提升与发电领域应用综述

马豪王华

过程工程学报 2023, 23 (7): 972-986. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223111

摘要（264）

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PDF （1859KB）（103）

盐梯度太阳池是一种能够同时吸收并以热的形式储存太阳能的大面积盐水池，因其具有储热时间长、储热量大且能够提供稳定清洁的低温热源等优点而受到研究者们的广泛关注。传统盐梯度太阳池利用显热进行热量储存，但是其储热密度往往偏低。盐梯度太阳池的应用十分广泛，可直接对其进行热利用，为工业、农业以及日常生活等领域提供稳定的低温热源；还可利用盐梯度太阳池的热能进行热电转换，为各领域供电。本工作分析了影响盐梯度太阳池储热性能的关键因素以及提高盐梯度太阳池储热性能的方法，并对各种盐梯度太阳池热提取方法进行对比分析，并对国内外盐梯度太阳池在发电领域中的应用以及盐梯度太阳池发电技术的研究进行总结与分析，以期为盐梯度太阳池的建造、运行、维护以及在发电领域中的应用提供参考。

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8. 膦基复合催化剂高效催化二氧化碳合成环状碳酸酯

张贺明孟婵董丽苏倩成卫国

过程工程学报 2023, 23 (7): 987-994. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223098

摘要（235）

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PDF （5200KB）（162）

二氧化碳(CO2)既是造成温室效应的主要气体，也是一种重要的C1资源，CO2资源化利用是全球战略目标和研究热点，以CO2与环氧化合物为原料合成环状碳酸酯是其高效高值化利用的主要途径。为解决以往催化剂体系存在的催化剂稳定性差、催化活性低、催化剂制备复杂等问题，本研究以高稳定性的氧膦化合物与过渡金属盐进行复配，通过调控过渡金属盐和氧膦化合物的比例，形成不同配比的二元复合催化体系，优选了最佳过渡金属盐和最佳比例(三丁基氧膦与溴化锌摩尔比为2:1，即[2Bu3PO-ZnBr2])，考察了催化剂用量、CO2压力、反应时间、反应温度的影响，在最佳反应条件下(130℃, 3 h, 3 MPa)，环氧丙烷(PO)的转化率可达92%。通过相关表征揭示了膦基复合催化体系与反应物之间的相互作用，提出了可能的催化机理。[2Bu3PO-ZnBr2]催化体系在循环使用5次后，依然能够保持高催化活性。本研究提出的膦基二元复合催化体系可为催化剂设计和CO2利用提供思路。

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9. 大功率燃料电池阴极催化剂的设计和可控量产制备

李荣荣雷红红翟兆岩吴磊李小丽刘保银张艳娜王熙肖建军

过程工程学报 2023, 23 (7): 995-1002. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223110

摘要（200）

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PDF （4431KB）（124）

推进能源结构调整，发展绿色低碳技术对于推动我国清洁能源利用、保障用电安全、实现“双碳”目标具有重要的战略意义。金属燃料电池具有高能量密度、低成本、高安全性、清洁无污染等优势，是极具潜力的新一代电能源装置，近年来受到广泛关注。然而，由于关键性技术未突破、阴极催化剂成本高等问题，导致金属燃料电池未能实现大规模应用。高性能非贵金属催化剂的开发是燃料电池有效推广的重要前提，本研究采用价格低廉的碳纳米管、乙酸钴、乙酸锰和氢氧化钠作为原材料，利用一步共沉淀法在多壁碳纳米管基体上负载过渡金属氧化物，制备了具有稳定结构的尖晶石相的CoMn3Ox/CNTs催化剂。X射线衍射及氧还原测试结果表明，煅烧温度为350℃的催化剂的结晶度高，氧还原催化活性最高。扫描电镜及能谱分析结果显示，CoMn3Ox活性成分均匀附着在碳纳米管表面，颗粒大小为纳米级，各组分元素分布均匀，Co和Mn元素的原子数比接近设计值1:3。氧还原性能测试结果显示，CMO/CNTs-350催化剂的极限电流密度和半波电位分别达到5.59 mA/cm2和0.75 V，宏量制备后性能保持良好。将该催化剂应用于3 kW铝空气电源，恒功率连续运行12 h后单体平均电压1.14 V。基于原材料丰富易得、生产工艺可控、电化学性能优异等特点，CMO/CNTs-350催化剂是一种非常有潜力的金属燃料电池阴极催化剂。

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