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学术动态

实验室燃料电池研究方向毕业生张广升博士研究成果在国际顶尖期刊《Nature》发表

2016年01月22日 09:59  点击:[]

锂离子电池在零摄氏度低温以下存在严重的功率损失,致使实际应用中需要更大更昂贵的电池组实现电化学发动机冷启动、寒冷气候下缓慢充电、限制回馈制动等,从而减少汽车续驶里程高达40%。造成了巨大的能运浪费并且影响电池使用安全等,严重限制了其在诸如寒冷气候下的电动汽车和高空无人驾驶飞机之类的广泛应用。

目前已有的改善锂离子电池低温性能的研主要究集中在开发改善电池低温行为的添加剂以及电池外部加热及保温上方面。我实验室毕业博士生张广升副研究员所在宾夕法尼亚大学电化学发动机研究中心(ECEC)报道了一种锂离子电池结构“低温自热的锂离子电池结构”(又称“全天候电池”结构),能够从零摄氏度以下自行升温而无需外部加热装置或电解质添加剂。这种自热机理产生了一种有利于高充放电功率的电化学界面。使得电池能够在20秒内从-20摄氏度和30秒内从-30摄氏度升至0摄氏度,分别仅消耗3.8%和5.5%的电池容量。这种自热全天候电池在50%的充电状态和-30摄氏度下提供每公斤1061和1425瓦的放电/充电功率,是目前最先进的锂离子电池的功率的6.4-12.3倍。这种全天候电池使得发动机启停技术能够为8千万新车每年节约5-10%的燃料。假定即使只有一小部分电池能量用于自热,这种全天候电池在插电式电动汽车、机器人和空间探索应用上也是极具前景的。

实验室毕业博士生张广升副研究员作为中心该项工作主要研究者,研究成果《Lithium-ion battery structure that self-heats at low temperatures》发表在国际顶尖期刊《Nature》(2016).doi:10.1038/nature16502. Received 20 September 2015,Accepted 30 November 2015,Published online 20 January 2016.

张广升,2003年保送西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室动力工程及工程热物理专业硕博连读, 2010年成功获得西安交通大学工学博士学位。博士论文《燃料电池内部电流密度和温度的分布特性及其在线测量方法研究》。

在实验室期间主要从事燃料电池测量研究,在试验室主任郭烈锦教授的带领下开创并拓展了实验室燃料电池方向,作为实验室第一批燃料电池方向博士研究生,全面负责建设了实验室燃料电池实验室,系统规划设计了燃料电池实验测试平台。攻读博士期间致力于揭示燃料电池内部电流密度和温度的分布特性、开发简便有效的局部电流密度和局部温度在线测量技术,着重对PEM燃料电池内部电流密度和温度的分布特性及局部电流密度和局部温度的联合在线测量方法进行深入系统的研究:发明了新颖先进的电流密度分布在线测量垫片技术,并持续对原发明技术进行研究实践和改进,提高了准确性,拓展了适用性;通过合理选择测温区域开发了简单而有效的基于微型热电偶的温度分布在线测量方法;通过耦合电流密度分布在线测量垫片技术和温度分布在线测量方法,开发了局部电流密度和局部温度及其分布特性的联合在线测量技术。发表SCI论文十余篇,应邀作大会报告2次。多次荣获陈学俊优秀研究生奖学金,西安交通大学优秀研究生称号。打下了坚实的知识基础,积累了丰厚的科研经验。

博士毕业后以其优异成绩和高超的英语水平先后在国外著名研究机构从事博士后研究工作。2012年进入美国宾夕法尼亚大学电化学发动机研究中心工作,担任该中心副研究员从事锂离子电池安全研究。其基于电池内部反应温度传感控制提高锂离子电池的安全性研究工作以第一作者发表于《Scientific Reports》.Published online:11 December 2015.doi:10.1038/srep18237.

张广升博士在实验室


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