储能科学与技术

2019 (4): 0-0.

摘要 ( 202 )

PDF(998KB) ( 151 )

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微网群技术综述

吴鸣, 熊雄, 季宇, 丁保迪, 张颖

2019 (4): 621-628. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0079

摘要 ( 610 )

PDF(1213KB) ( 1196 )

随着分布式风电、光伏间歇性电源在中低压配电网中渗透率的提高，多个微电网可能共存于一个区域配电网，包含各微网间能量互济与协调控制的微网群技术开始引起广泛的关注。文中基于微电网技术及多微电网技术在相关领域的研究基础对微网群从典型特征及拓扑结构、数学描述、微网群能量管理及优化调度方法、微网群运行控制结构及对外控制方式、微网群多组态运行模式及对内控制策略等关键问题及研究现状进行了分析阐述。最后结合我国未来智能电网的建设规划，对微网群技术应用前景进行了展望。

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基于虚拟变电站的末端配电网光储协调控制方法

胡平, 吴斌, 郭力, 胡诗尧, 杨书强

2019 (4): 629-636. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0091

摘要 ( 337 )

PDF(2364KB) ( 349 )

针对农村地区配电网供电可靠性低以及光伏扶贫政策下大规模分布式光伏接入引起的电压越限和潮流倒送问题，提出一种基于虚拟变电站模式的光储协调控制方法，结合河北省营里乡配电网实际工程案例，对不同运行方案下系统的稳态性能，如电压水平、网络损耗等进行了对比分析，并基于蒙特卡洛模拟验证了所提方法对农村配电网供电可靠性提升的有效性。

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计及需求响应不确定性的主动配电网调度优化模型

周丹, 任志伟, 黄弘扬, 马俊超, 刘业伟, 戴慧雯

2019 (4): 637-644. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0069

摘要 ( 354 )

PDF(2784KB) ( 389 )

在当前主动配电网日益发展的背景下，需求响应作为可调控的重要资源被引入配电网系统中，与分布式电源、储能等设备的共同作用下，保证配电网系统的安全稳定经济运行。然而系统响应过程中的外部环境的不确定性、价格需求曲线的不确定性等多方面因素，使得需求响应具有较大的不确定性，基于此，本文构建了一种考虑需求响应不确定性的主动配电网调度优化模型，以配电网运行成本最小为目标函数，重点分析两种不同类型的需求响应：基于激励的需求响应和基于价格的需求响应，考虑其不确定性条件下对主动配电网日前调度成本的影响，通过分段线性化对模型进行线性化处理，最终采用修改的IEEE33节点算例分析验证本文模型的有效性。

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多微电网参与下的配电侧直接电能交易纳什议价模型

张进, 胡存刚, 芮涛

2019 (4): 645-653. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0105

摘要 ( 355 )

PDF(3883KB) ( 301 )

随着售电侧电力市场改革的不断深入，研究多微电网参与下的配电侧直接电能交易具有重要意义。针对多微电网与负荷聚合商之间的直接电能交易，以各主体在传统交易方式下的最优效益作为谈判破裂点，提出了一种基于合作博弈论的纳什议价模型，模型中博弈参与者可获得帕累托最优效益。模型为非线性非凸问题，不易直接求解，将其分成求解支付和联盟效益最大化两个子问题。为保护交易主体内部隐私，联盟效益最大化问题采用交替方向乘子法进行分布式求解，交易双方在求解过程中仅需相互交换期望的交易电量。仿真结果表明该模型可以有效地提升交易双方的运营效益。

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适用于直流分布式储能系统的控制策略

师长立, 韦统振, 霍群海, 何俊强, 张桐硕

2019 (4): 654-658. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0017

摘要 ( 436 )

PDF(2724KB) ( 339 )

直流配电系统中分布式储能系统采用电压型下垂控制策略时，分布式储能各个单元之间耦合程度很高，易受线路阻抗的影响，均流效果较差。针对电压型下垂控制策略的不足，本工作提出一种电流型下垂控制策略，分析了关键控制参数的计算方法，实现了分布式储能系统各单元之间线路阻抗解耦。最后，基于理论分析，以储能变换器采用Buck/Boost双向变换器为例，搭建仿真和实验平台，对所提控制策略进行实验验证，实验结果表明，新型电流型下垂控制策略相较于传统电压下垂控制算法具有更好的功率分配效果。

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考虑电价激励的孤岛微电网经济调度策略

郝文博, 郑常宝, 胡存刚, 芮涛, 张进

2019 (4): 659-664. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0090

摘要 ( 361 )

PDF(2680KB) ( 314 )

本文提出了一种基于多代理系统（multi-agent system，MAS）的孤岛微电网（microgrid，MG）实时经济调度分布式优化策略，其中孤岛微电网由发电供应商、电力用户和储能运营商等多运营主体组成。该策略考虑了电力用户参与电价制定的权利，经过系统内部多运营主体共同议价决策出电能交易的出清电价和交易电能量，实现了微电网内供需功率平衡。为保护交易过程中各运营主体的内部隐私权，模型采用了异步交替方向乘子法对联盟效益最大化模型进行求解。仿真结果验证了该策略的有效性。

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面向低压配变台区的微电网技术

寇凌峰, 熊雄, 侯小刚, 牛耕, 屈小云, 陈凡

2019 (4): 665-670. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0118

摘要 ( 422 )

PDF(2107KB) ( 550 )

大规模分布式电源、储能和电动汽车等电力电子装置分散接入配电网，致使出现用户侧供电电压频繁双向越限、台区潮流倒送、谐波超标等问题，给配电网供电电能质量、运行经济性和供电可靠性造成了重大影响；本文结合配电网台区实际建设情况，提出了一种面向低压配变台区的新型微电网配置方法，并系统阐述了面向低压配变台区的微电网技术架构、功能架构和控制目标，建立了基于台区微电网两阶段协调控制模型，通过微电网协调控制与优化调度，实现分布式电源优化并网和高效发电。采用典型台区微电网进行了仿真计算，验证了方法和模型的有效性。

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锂电池储能在配电网低压台区的应用

易斌, 赵伟, 张科杰, 李爱魁, 梁崇淦, 罗敏

2019 (4): 671-677. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0024

摘要 ( 499 )

PDF(1426KB) ( 561 )

因地制宜推进配网侧储能应用，发挥储能在配电网局域调峰、提高供电可靠性、改善电能质量等方面的价值，是当前储能应用研究的热点。结合低压配电台区常见供电问题，基于对多目标场景下储能系统应用模式分析，充分考虑储能对电网投资替代效益，提出了适合低压配电台区应用的模块化储能系统典型容量配置和系统结构设计，并选择典型低压配电台区进行了实际应用，储能系统测试和运行结果表明，所提出低压配电台区储能系统设计方案具有较强的实用性和推广价值。

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高原高寒地区可再生能源与储能集成供能系统研究

孙雯雯, 徐玉杰, 丁捷, 李瑞民, 凌浩恕, 谭雅倩, 陈海生

2019 (4): 678-688. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0040

摘要 ( 505 )

PDF(2768KB) ( 390 )

面向高原高寒地区对稳定供热和供电的迫切需求，本文提出了一种新型的可再生能源与储能集成供能系统。该系统包括风力发电、光伏发电、水力发电、槽式太阳能集热器、储热系统、储电装置以及集成控制系统，实现了多种可再生能源高效利用；制定了一种考虑热电设备性能的实时能量管理策略，并建立了以年成本为主要优化目标的容量配置方法；利用该系统与优化方法对高原高寒地带民用住宅群的供能系统进行了优化设计，通过案例对比分析，验证了该集成供能系统容量配置方法和能量管理策略的可行性。研究结果为高原高寒地区供能系统的选择提供了有益的参考。

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基于风电消纳电热储能装置热流固耦合研究

张雪平, 齐凤升, 邢作霞, 单建标, 李宝宽

2019 (4): 689-695. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0060

摘要 ( 390 )

PDF(3341KB) ( 322 )

电网调峰能力不足，弃风问题严重，已成为我国风力发电规模进一步扩大的瓶颈。通过配置蓄热装置参与风电调峰，改变传统“以热定电”的约束模式，是解决我国大量弃风问题的一个趋势。提高电热蓄能装置效率及优化蓄热装置分布对于实现有效调峰具有重要意义。本文针对固体电蓄热装置内流动、传热、应力等现象，建立了热-流-固多场三维耦合传热数学模型，采用流-固耦合传热模型将难以确定的热流边界转化为系统内部边界，分析固体电蓄热装置温度场及应力场分布，并对比三种不同孔隙率、电热丝排布方式对蓄热装置温度分布均匀性及热膨胀量的影响。研究结果对提高固体电蓄热装置的效率以及电网调峰具有一定的参考价值。

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超级电容器储能逆变器控制策略研究

李宁宁, 师长立, 何俊强, 张国伟

2019 (4): 696-701. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0074

摘要 ( 363 )

PDF(2635KB) ( 385 )

为了对储能逆变器在不平衡与非线性负载时的输出电压的谐波进行抑制，本文针对双级式逆变器拓扑建立数学模型，基于模型分析了直流电容中点电压波动对逆变器输出的影响，以及不平衡输出电流和谐波电流对直流电容中点电压影响的机理，进而提出了该拓扑逆变器在不平衡和非线性负载情况下抑制交流输出电压不平衡和零序谐波的抑制策略。最后建立了MATLAB仿真模型对该控制策略进行了理论验证，并在80 kW样机上进行了实验验证，仿真和实验结果都表明了该控制策略的有效性。

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醌类电极材料Calix[4]quinone在二次电池中的应用

孙会民, 闫冰, 黄苇苇, 王丽秋

2019 (4): 702-708. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0023

摘要 ( 562 )

PDF(1249KB) ( 442 )

随着社会对大型储能设备的环保、充放电性能以及可持续发展的要求越来越高，基于金属氧化物的传统锂/钠离子电极材料受限于比容量，已难以满足未来储能系统的要求。有机材料、锂-硫/氧、液态流体等电池的研发与应用已成为未来能源系统研究的重要内容。其中，有机正极材料中的羰基类化合物Calix[4]quinone（C4Q）是一种很有前途的正极材料。该分子的空间位阻小，8个羰基结构都能发生可逆电极反应，其理论比容量高达446 mA·h/g，远超传统无机电极材料。C4Q不仅可以作为储锂材料，也可作为钠、锌、镁等二次电池的电极材料。本文分别介绍了C4Q在锂、钠二次电池和锌水系电池中的应用成果，并对C4Q今后进一步的开发利用做了展望。

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水合盐复合相变材料的研究进展

房满庭, 章学来, 纪珺, 华维三, 刘彪, 王绪哲

2019 (4): 709-717. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0018

摘要 ( 981 )

PDF(1103KB) ( 1124 )

水合盐相变储能材料具有相变温度适中、导热系数大、潜热值高、价格低廉等优点，因而具有广阔的使用前景。然而，过冷、相分离、循环稳定性差等诸多问题限制了水合盐的实际应用。许多学者将水合盐与其它材料结合，构成复合相变材料，成功地解决了以上问题。前人对水合盐复合相变材料的研究以解决水合盐在使用过程中的上述问题居多。然而近年来，有研究者制备复合相变材料以改善水合盐的热物性，如相变温度、导热系数、潜热值等，取得了一定成果，但这一研究思路仍需进行进一步探索。文章将制备水合盐复合相变材料的目的作为线索，总结了水合盐复合相变材料的研究思路，详细介绍了国内外相关的研究工作和研究成果，并指出了今后水合盐复合相变材料的研究重点。

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聚合物基PTC导电材料的制备及其在锂离子电池中的应用

何浩, 潘俊安, 雷维新, 潘勇, 胡佳卿, 廖盎

2019 (4): 718-724. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0009

摘要 ( 545 )

PDF(1523KB) ( 612 )

锂离子电池内短路是诱发电池热失控的主要原因，适当的安全性添加剂可以阻止电池热失控的发生。本文通过界面聚合法在聚乙烯蜡表面生成适量的导电聚苯胺，制备了一种具有良好导电性能的PTC材料（PANI-PEW），并对PANI-PEW的微观形貌、电导率以及添加至LiFePO₄正极中的电化学性能进行了对比分析。测试结果表明，PANI-PEW在常温下的电导率为1.08×10^-3 S/m，在90~120℃时，其电阻值急剧增大。在0.5 C和1 C倍率下，PANI-PEW的加入对LiFePO₄电池的阻抗和循环性能影响较小，而经过120℃热处理后的含15%（质量分数） PANI-PEW的极片，其电池的阻抗大幅增加且首次放电比容量只有35.3 mA·h/g，在第12次循环后，放电比容量接近于0。以上结果表明，PANI-PEW是一种性能优异的PTC材料且能在120℃时阻止电池热失控的发生。

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陶瓷隔膜在镍钴锰酸锂/石墨锂离子电池中性能

吴明霞, 杨重阳, 章庆林, 陈思, 安仲勋, 周义荣

2019 (4): 725-731. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0043

摘要 ( 500 )

PDF(1956KB) ( 661 )

陶瓷隔膜广泛应用在动力锂离子电池中，直接影响到电池的电性能。选取了6种商品化的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）/陶瓷复合膜和聚烯烃/陶瓷复合膜，研究了其表面形貌、接触角、透气度和吸液率。并选用这6种隔膜制作了容量为2 A·h的镍钴锰酸锂/石墨软包锂离子电池，考察电池的内阻、自放电、容量、阻抗、倍率性能、循环寿命和高温浮充。结果表明，使用涂覆的陶瓷颗粒直径较小且均匀（0.2～0.5 μm），高吸液率（2.0 mg·cm^-2），低透气度［72 s·（100 mL）^-1］和较小内阻（4.65 mΩ）的2号PET/陶瓷复合膜的锂离子电池综合性能最好，10C的高倍率下容量高达1 C的94.9%，5C的大倍率循环500次后容量保持率高达102%，65℃高温浮充1000 h后容量保持在初始的90.4%。

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无定形碳包覆锡基负极材料的制备及其电化学性能

徐辉, 仰榴青, 尹凡, 杨刚

2019 (4): 732-737. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0034

摘要 ( 404 )

PDF(1578KB) ( 422 )

氧化锡因其较高的理论比容量颇受关注，在电化学研究应用中，与碳材料复合改性后可作为锂离子电池的负极材料。本文选用五水四氯化锡为锡源，氧化石墨烯和葡萄糖作为碳源，采用简单水解法、水热处理，可以大量合成SnO₂/C复合材料。通过对产物进行结构的表征、微观形貌的分析及电化学性能测试，结果表明，氧化锡纳米颗粒均匀分散于无定形碳之间，复合材料循环100圈后放电比容量为541 mA·h/g。相比于纯SnO₂纳米颗粒，无定形碳能够抑制氧化锡的体积效应，提高材料整体的导电性，同时改善材料的循环稳定性。

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车用动力电池二阶RC建模及参数辨识

罗勇, 赵小帅, 祁朋伟, 刘增玥, 邓涛, 李沛然

2019 (4): 738-744. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0015

摘要 ( 992 )

PDF(2198KB) ( 937 )

建立精确的动力电池模型是电池管理系统（battery management system，BMS）开发过程中的重要环节，电池系统具有较强的非线性特性，其模型参数随多种因素的变化而变化。在电池模型参数辨识过程中，考虑的可变因素越多，辨识结果越准确，但模型的运行速度将降低，影响其实际应用。在各种可变因素中，电池荷电状态（state of charge，SOC）对电池模型参数的影响最为显著，对不同SOC下电池模型参数进行辨识并应用于电池模型，将在提高模型精度的同时保持较好的实时性。本文以动力锂电池为对象，采用二阶RC等效电路模型，通过试验得到电池组在不同SOC下的回弹电压数据，采用最小二乘拟合法辨识不同SOC状态下的模型参数。在此基础上搭建模型参数随SOC变化的实时仿真模型，并对模型进行仿真和试验验证，结果表明模型具有较高的精度和实时性。

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基于在线参数辨识和AEKF的锂电池SOC估计

田茂飞, 安治国, 陈星, 赵琳, 李亚坤, 司鑫

2019 (4): 745-750. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0077

摘要 ( 2105 )

PDF(3028KB) ( 1236 )

SOC的准确估计对提高电池的动态性能和能量利用效率至关重要，估计过程中，模型参数不准确以及系统噪声的不确定性都会对结果产生较大影响。为减小模型参数辨识和系统噪声对SOC估计精度的影响，本文采用二阶RC等效电路模型，结合自适应扩展卡尔曼滤波算法（AEKF）进行锂电池的SOC估计。用带有遗忘因子的最小二乘法对模型参数进行在线辨识，以减小由参数辨识引起的估计误差，AEKF可以对系统和过程噪声进行修正，从而减小噪声对SOC估计的影响。最后分别用EKF和AEKF进行SOC估计并比较其误差，结果表明，AEKF联合最小二乘法参数在线辨识具有更高的精度和更好的适应性。

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基于最小能耗的动力电池风冷控制策略

赵国柱, 招晓荷, 徐晓明, 高茂庆

2019 (4): 751-758. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0022

摘要 ( 425 )

PDF(2665KB) ( 457 )

针对目前电动汽车动力电池风冷散热能耗高、散热滞后的问题，提出一种基于最小能耗的动力电池风冷控制策略，根据车载导航系统预报的工况信息预测动力电池的未来温升，在满足动力电池散热需求的前提下以风机能耗最少为目标，运用分段式动态规划算法确定风机在未来路段的开启时机与最优风速。以添加了坡度信息的ARB02、HWFET和UDDSHDV的组合工况为测试工况，对动力电池未来温升的精度进行了硬件在环试验，得出实际路况试验温度与预报工况试验温度的最大差值为0.3℃，最大偏差率为0.7%。与其他两种控制策略进行了Fluent仿真对比，结果表明基于最小能耗控制策略下动力电池的最高温度为39.87℃，最大温差为1.1℃；风机能耗是全程开启型控制策略的77.2%，是温度开关型控制策略的53.7%。该策略能有效控制动力电池的温度且风机能耗最小。

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硬脂酸/改性碳纳米管复合相变储热材料性能

杨岳澔, 程晓敏, 李丹, 李元元

2019 (4): 759-763. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0036

摘要 ( 414 )

PDF(1530KB) ( 380 )

使用混酸氧化和球磨处理制备改性碳纳米管，并与硬脂酸复合制备相变储热材料。X射线衍射结果显示，球磨处理对碳纳米管的结构有一定影响，混酸氧化后的碳纳米管物相没有发生改变。红外光谱分析表明，球磨处理和混酸氧化对碳纳米管有纯化作用，酸化碳纳米管出现羟基、羰基等官能团，有助于碳纳米管的分散。扫描电镜照片显示，改性碳纳米管在硬脂酸中的分散性为酸化碳纳米管 > 球磨碳纳米管 > 碳纳米管，热导率测试结果也与此符合，说明碳纳米管分散性增加，对硬脂酸热导率有较大的提高。

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考虑管壁导热的方管内熔盐混合对流传热数值模拟

杨岑玉, 孟强, 王乐, 陈梦东, 胡晓, 徐桂芝

2019 (4): 764-771. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0012

摘要 ( 290 )

PDF(2373KB) ( 217 )

熔盐因具有传热能力强、工作温度高、使用温度广、系统压力低、经济适用等优点，成为太阳能热发电系统蓄热工质的理想选择。熔盐在实际应用中会因加热过程的非均匀性产生存在于固体表面和流体间的温差，造成流体工质中的密度梯度，因此出现重力导致的浮升力效应，其叠加到主流流动方向上即形成混合对流。管壁导热会对熔盐混合对流传热过程产生一定的影响。本文对熔盐在水平方管内非均匀加热条件下的单面加热的混合对流过程进行了数值模拟研究，在考虑壁厚的情况下研究了方管单面加热熔盐混合对流传热特性，分析了无量纲参数间的变化关系，并将结果与流型判定图和经典关联式进行对比。结果表明，非均匀加热时，浮升力效应会造成随流动距离增加主流核心区域的形状发生改变，且更加靠近加热壁面。Nu数随Re数、Ri数的增大而增大，局部Nu_x数随流动距离的深入先减小后增大。与忽略管壁导热数值模拟结果相比，主流核心区形状更加均匀，局部Nu_x更高且回升位置更加提前，流动特性和传热特性基本保持一致。

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Mg-Cu合金热物性的分子动力学计算

余嘉鹏, 程晓敏, 李元元, 李蓓, 徐虹

2019 (4): 772-777. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0019

摘要 ( 480 )

PDF(1865KB) ( 552 )

采用原子嵌入势对Mg-Cu合金块体进行了分子动力学模拟。研究了不同含量的Cu元素对Mg-Cu合金的热物性和微观结构的影响。基于能量-温度曲线与比热容-温度曲线对熔化温度以及熔化焓进行了研究，结果表明，随着Cu含量的增加，Mg-Cu合金的熔点先减小后增加，其熔化焓先增加后减小；所有合金的密度和比热容均随Cu含量的增加而降低，热导率随Cu含量的增加而增加。表征了Mg-Cu合金在常温下的微观结构，结果表明，Mg-Cu合金中不同原子之间的相互作用更强，有利于α+Mg₂Cu共晶组织的形成，其模拟结果证实了共晶体是影响合金熔化焓以及热导率的一个主要因素。

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飞轮储能系统容量分析与设计

皮振宏, 戴兴建, 魏殿举, 徐旸

2019 (4): 778-783. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0047

摘要 ( 500 )

PDF(1760KB) ( 441 )

分析了飞轮储能系统能量、功率参数特性。飞轮储能系统单机可实现储能0.5 ～ 100 kW·h、功率2～ 3000 kW。提出了储能100 kW·h级飞轮的方案，采用中低转速合金钢飞轮转子，储能密度13～ 18 W·h/kg，计算许用应力为800 MPa。尺寸为米级的飞轮转子整体锻造难度较高，可采用多圆盘轴向联接的结构设计。采用3层或4层纤维缠绕复合材料高速飞轮转子结构，分别进行了径向等应力结构设计，计算表明9000 r/min三层纤维缠绕复合材料飞轮和15000 r/min四层纤维缠绕复合材料飞轮均能够满足工作转速下的结构强度要求，储能密度50 ～ 70 W·h/kg。

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锂电池百篇论文点评（2019.04.01—2019.05.31）

起文斌, 田丰, 张华, 金周, 赵俊年, 武怿达, 詹元杰, 贲留斌, 俞海龙, 刘燕燕, 黄学杰

2019 (4): 784-795. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0138

摘要 ( 949 )

PDF(561KB) ( 1530 )

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述，以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2019年4月1日至2019年5月31日上线的锂电池研究论文，共有2969篇，选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了层状三元材料、富锂相材料和尖晶石材料的结构和表面结构随电化学脱嵌锂变化以及掺杂和表面包覆及界面层改进对其循环寿命的影响。硅基复合负极材料研究侧重于复合材料、电极结构和电解液添加剂改进，金属锂负极的研究侧重于通过表面覆盖层的设计来提高其循环性能。固体电解质重点研究硫化物和含卤素的硫化物，固态电池的研究也多数选用硫化物固体电解质。电解液添加剂则重点在于提升高电压和高镍电解质循环稳定性和充放电库伦效率。锂硫电池的研究侧重于正极的改进。原位分析偏重于电极中的反应和固态电池的失效过程。理论模拟工作涵盖动力学、界面SEI形成机理分析和电池失效机制等。

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2019年第五届全国固态电池研讨会·宁波

2019 (4): 796-797.

摘要 ( 198 )

PDF(628KB) ( 199 )

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