1 强电磁技术全国重点实验室（华中科技大学），武汉 430074
2 华中科技大学 电气与电子工程学院，武汉 430074
电磁发射的能力主要取决于脉冲功率电源系统，脉冲功率电源的优化是电磁发射技术取得进一步突破的关键技术之一。电感储能型脉冲功率电源在能量密度方面有很大优势，具备深远的发展潜力。基于串联充电和并联放电的XRAM型脉冲功率电源具有结构简单、可扩展性强的优点。分析了多级XRAM电源拓扑结构中二极管器件的工作原理，按照功能分类，提出了简化二极管器件数量的方案。建立了基于ICCOS的30级XRAM型脉冲功率电源带轨道炮负载的仿真模型，每5级为一个电源模块，系统总储能为365 kJ，发射效率近20%。通过对比简化前后模型性能指标的仿真结果，证明了简化第一级的下臂二极管不利于多级电源的运行。简化多级拓扑中的最后一级逆流电容串联二极管，以及在优化逆流电容参数的前提下简化充电晶闸管的反并二极管，对电源模块的放电电流没有明显影响。
电磁发射 电感储能 XRAM 二极管 模块化 electromagnetic launching inductive pulsed power supply XRAM diode modularization 强激光与粒子束
2024, 36(2): 025002
吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
超级电容器是良好的储能器件，具有功率密度高、使用寿命长、充电速度快等优点。激光诱导石墨烯（LIG）是一种常见的双电层电容器电极材料，但LIG双电层电容器通常表现出较低的电化学性能，而活性物质的掺入会提高超级电容器性能。针对如何控制活性物质的掺入问题，提出一种基于激光直写表面滴涂硝酸铁［Fe（NO3）3］的聚酰亚胺（PI）薄膜以制备LIG-Fe3O4复合物电极的微型超级电容器的方法。激光处理过的区域会同时发生PI薄膜烧蚀与Fe（NO3）3分解，产生Fe3O4与LIG复合的LIG-Fe3O4复合物电极。所制备的LIG-Fe3O4复合物微型超级电容器性能与LIG微型超级电容器相比提高了7.58倍。所提方法为制备高性能LIG微型超级电容器提供了一条新途径。
储能器件 激光直写 激光诱导石墨烯 微型超级电容器 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0314005
强激光与粒子束
2023, 35(10): 105003
1 西南石油大学化学化工学院，成都 610500
2 天府永兴实验室，成都 610042
可逆质子导体陶瓷电化学电池(R-PCEC)是一种既能够将化学能转化为电能，又能将电能转化为化学能的新兴高效能源转换装置。R-PCEC在燃料电池和电解电池双重模式下的可逆操作具有高度灵活性，是能量高效转换和存储最有发展前途的方式之一。然而，对于R-PCEC而言，其在实际操作条件下，电解质电导率，阴阳极的催化活性、耐久性是制约其性能的主要因素。为了对目前国内外R-PCEC技术发展现状形成全面的认识，本文详细介绍了R-PCEC各组成部分的研发现状，包括电解质材料、氢电极和空气电极的研究进展，重点阐述了可逆电池空气电极的材料要求、电极性能和反应机理等最新进展，最后对R-PCEC的发展前景进行了分析和展望。
可再生资源 电化学储能 高温可逆电池 质子导体 空气电极 renewable resources electrochemical energy storage high-temperature reversible cells proton conductor air electrode
武汉理工大学，材料复合新技术国家重点实验室，武汉 430070
近年来的能源危机和环境污染问题加速了储能领域的快速发展。一维纳米材料，尤其是纳米线材料所具有的高长径比特点使其具有独特的电子离子输运性质，在储能领域的应用中具有极大的潜能。本文以本课题组在纳米线储能材料与器件领域的研究成果为基础，结合国内外同行的前沿研究进展，从纳米线材料的结构设计与合成、纳米线材料在电池中的应用和纳米线微纳器件3个方面进行综述。最后，对于未来进一步探索和发展基于纳米线的电化学储能材料与器件的前景进行展望。
纳米线 结构构筑 储能电池 微纳器件 nanowires structure construction energy storage batteries micro-nano devices
薄膜电容器是现代电力装置与电子设备的核心电子元件, 受限于薄膜介质材料的介电常数偏低, 当前薄膜电容器难以获得高储能密度(指有效储能密度, 即可释放电能密度), 从而导致薄膜电容器体积偏大, 应用成本过高。将具有高击穿场强的聚合物与高介电常数的纳米陶瓷颗粒复合, 制备聚合物/陶瓷复合电介质, 是实现薄膜电容器高储能密度的有效策略。对于单层结构的0-3型聚合物/陶瓷复合电介质, 其介电常数与击穿场强难以同时获得有效提升, 限制了储能密度的进一步提高。为了解决此矛盾, 研究者们叠加组合高介电常数的复合膜与高击穿场强的复合膜, 制备了2-2型多层复合电介质, 能够协同调控极化强度与击穿场强来获取高储能密度。研究表明, 调控多层复合电介质的介观结构与微观结构, 可以实现优化电场分布、协同调控介电常数与击穿场强等目标。本文综述了近年来包括陶瓷/聚合物和全有机聚合物在内的多层聚合物基复合电介质的研究进展，重点阐述了多层结构调控策略对储能性能的提升作用，总结了聚合物基多层复合电介质的储能性能增强机制, 并讨论了当前多层复合电介质面临的挑战和发展方向。
薄膜电容器 多层聚合物基复合电介质 介电常数 击穿场强 储能密度 综述 film capacitor multilayer polymer-based composite dielectric dielectric constant breakdown strength energy storage density review
铌酸钠(NaNbO3)无铅陶瓷由于其无毒和出色的储能性能，在脉冲功率电容器领域吸引了越来越多的关注。然而，由于较大的有效储能密度(Wrec)和高的储能效率(η)不能同时实现，限制了其商业化。通过构建局域随机场，增加弛豫特性来提高储能性能的策略。采用传统固相法制备了(1-x)(0.96NaNbO3-0.04CaZrO3)-xBi0.5Na0.5TiO3 (x=0.05、0.10、0.15、0.20)反铁电储能陶瓷，研究了不同含量Bi0.5Na0.5TiO3对0.96NaNbO3-0.04CaZrO3 陶瓷的相结构、微观形貌、介电性能和储能特性的影响。结果表明：随着Bi0.5Na0.5TiO3含量的增加，(1-x)(0.96NaNbO3-0.04CaZrO3)-xBi0.5Na0.5TiO3固溶体由反铁电正交P相(x≤0.10)转变为反铁电正交R相(x≥0.15)，同时介电峰向低温方向移动并变矮宽化，呈现出明显的弛豫特性。其中，0.85(0.96NaNbO3- 0.04CaZrO3)-0.15Bi0.5Na0.5TiO3陶瓷在室温260 kV/cm的场强下展示出最好的储能性能(储能密度Wrec=1.614 J/cm3，储能效率η=83.97%)，且当温度在25~150 ℃变化时，表现出良好的温度的稳定性(Wrec变化幅度＜15%)，同时兼具良好的储能效率，是一种非常有前途的高温脉冲功率电容器材料。
铌酸钠 反铁电陶瓷 储能性能 温度稳定性 sodium niobate antiferroelectric ceramics energy storage performance temperature stability
国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，杭州 310000
近年来，高功率、高能量密度的电容器成为新的研究热点，其在脉冲功率系统小型化和轻量化的发展中具有重要意义。本工作以BaTiO3-Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3固溶体为研究对象，致力于提高BaTiO3基陶瓷材料的储能密度，系统探究了不同含量的Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3对BaTiO3基陶瓷材料微观结构以及介电、铁电和储能性能的影响。采用标准固相烧结法制备出致密的(1-x)BaTiO3-xBi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3 (x=0.03、0.06、0.1、0.3、0.4)陶瓷。通过调整预烧及烧结条件，获得了陶瓷的最佳烧结工艺。随着x的增大，(1-x)BaTiO3-xBi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3陶瓷的室温晶体结构由四方相转变为立方相，同时材料从正常铁电体逐渐转变为弛豫型铁电体，介电常数峰值展宽，并在室温至500 ℃的温度范围内基本保持稳定。采用修正的Curie-Weiss定律和Vogel-Fulcher关系对陶瓷介电弛豫行为进行了深入分析。在极化特性方面，Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3成分的加入能够显著降低剩余极化强度(Pr)，增大介电强度，使电滞回线变细长，并使电滞回线中电场对极化的积分面积变大，从而使材料的储能密度得到提高。材料的最大储能密度大致呈先升高后降低的趋势，储能效率从75.08%提高到92.35%，并且在x=0.1时获得了最高的储能密度0.8 J/cm3 (储能效率为88.97%)。
钛酸钡 储能介质陶瓷 弛豫型铁电体 介电性能 储能特性 barium titanate dielectric energy storage relaxor ferroelectrics dielectric properties energy storage properties
强激光与粒子束
2023, 35(6): 064001
1 1.武汉科技大学 化学与化工学院, 煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室, 武汉 430081
2 2.广州赛西标准检测研究院有限公司, 广州 510700
3 3. 江苏海洋大学 环境与化学工程学院, 连云港 222005
温室气体的过量排放对全球气候产生严重不良影响, 如何减少碳排放已成为全球性议题。超级电容器具有使用寿命长、功率密度高、碳排放量相对较低的优点。大力发展超级电容器储能是建立未来能源系统的可靠和有效措施。MXene材料具有优良的亲水性、电导率、高电化学稳定性和表面化学可调性, 近年来在超级电容器储能应用研究领域广受关注, 但MXene严重的自堆叠问题限制了其储能性能充分发挥, 开发更先进的MXene材料对于下一代高性能电化学储能设备至关重要。基于此, 本文综述了MXene材料在超级电容器储能应用领域的研究进展, 介绍了MXene的结构和储能特性, 探讨了MXene的储能机理, 重点剖析了纳米工程改进MXene电极性能的结构设计, 详细总结了MXene复合材料构效关系和在超级电容器应用方面的最新研究进展, 最后提出了MXene材料用作超级电容器电极的研究方向和发展趋势。
MXene 储能性质 纳米工程 复合材料 超级电容器 综述 MXene energy storage property nanoengineering composite material supercapacitor review
