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    2025年, 第14卷, 第5期 刊出日期:2025-05-28 上一期   
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    锂电池百篇论文点评(2025.2.12025.3.31
    孙蔷馥, 岑官骏, 乔荣涵, 朱璟, 郝峻丰, 张新新, 田孟羽, 金周, 詹元杰, 闫勇, 贲留斌, 俞海龙, 刘燕燕, 周洪, 黄学杰
    2025 (5):  1727-1747.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0383
    摘要 ( 103 )   HTML ( 70 )   PDF(1586KB) ( 63 )  

    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2025年2月1日至2025年3月31日上线的锂电池研究论文,共有6847篇,选择其中100篇加以评论。正极材料的研究集中于高镍三元的掺杂改性和表面包覆,以及其在长循环过程中的结构演变等。负极材料的研究重点包括硅基负极材料制备优化以及黏结剂的制备以缓冲体积变化、复合金属锂负极的制备以及界面构筑与调控。固态电解质的研究主要包括硫化物固态电解质、氯化物固态电解质和聚合物固态电解质的结构设计以及相关性能研究,电解液研究则主要包括不同电解质盐和溶剂对各类电池材料体系适配的研究,以及对新的功能性添加剂的探索。针对固态电池,正极材料的体相改性和表面包覆、复合正极制备与界面修饰、锂金属负极的界面构筑和三维结构设计也有多篇文献报道。锂硫电池的研究重点是硫正极的结构设计、功能涂层和电解液的改进,固态锂硫电池也引起了广泛注意。电池工艺技术方面的研究包括厚电极制备技术等。表征分析涵盖了正极材料的结构相变、锂沉积负极的界面演变等。理论模拟工作侧重于固体电解质钟的离子输运行为研究。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    储能材料与器件
    钠离子电池正极预钠化技术进展
    李昱, 李丹丹, 谢飞, 唐彬, 容晓晖, 梁沁沁, 胡勇胜
    2025 (5):  1748-1757.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1085
    摘要 ( 170 )   HTML ( 39 )   PDF(2521KB) ( 26 )  

    钠离子电池凭借原材料来源广泛、成本低廉等优势,被视作下一代非常重要的电化学储能器件。预钠化技术可通过引入额外的钠源,对首周充电时因生成界面而不可逆消耗的钠离子进行有效补充,进而有效提升电池的循环寿命与能量密度,在钠离子电池的实际生产应用中具有重要价值。预钠化技术主要分为负极预钠化技术和正极预钠化技术。正极预钠化技术里的自牺牲型补钠剂预混法,操作简便,无需额外增加设备,有利于大规模推广。本文首先简单介绍了补钠剂的分类,然后梳理了这一方法在实际生产应用过程中存在的问题,具体涵盖生产储存环节的安全性与稳定性问题、电极制造过程中补钠剂的碱性以及粒径大小的问题,以及电池循环时补钠剂分解电位过高、补钠剂分解产物对电池体系的影响,补钠剂分解后形成的孔洞对极片产生的影响等问题。随后,本文归纳了近年来预钠化相关文献与专利中对应的解决方案,还对这一方法在无负极电池中的应用情况进行了介绍。最后,本文对未来补钠剂的开发提出了相应的设计原则,有望为正极预钠化技术的应用提供一定的指导与启发。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    骨架型材料与设计在高比能锂电池中的应用研究进展
    贺瑞璘, 张通, 吴镓淳, 王朝阳, 邓永红, 张光照, 许晓雄
    2025 (5):  1758-1775.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1235
    摘要 ( 134 )   HTML ( 15 )   PDF(14864KB) ( 196 )  

    以石墨为负极的锂离子电池能量密度逐渐接近其理论极限,但仍然难以满足人们对更高能量密度锂电池的追求。具有更高比容量的硅基负极锂离子电池、锂硫电池和锂金属电池能够实现能量密度的飞跃,但其循环稳定性和安全性问题亟需解决。高比容量电极材料的使用必然带来更多的体积效应,这给电池制备及稳定运行带来极大挑战。骨架材料作为一种三维材料具有良好可调性、优异的机械强度和多孔性,为缓解高比容电极材料的体积效应提供无限可能。本文介绍了骨架材料的具体分类,分析了高比容量电池不同组件所面临的挑战,综述了骨架材料在锂电池正极、隔膜、电解质、负极等领域的具体应用,深入探讨了骨架材料在电池不同构件中应用的原理及利弊,剖析了骨架材料在锂电池领域进一步发展所面临的关键问题与严峻挑战,并对骨架材料未来的研究方向进行了展望,旨在为推动骨架材料促进电池技术的不断进步提供有益的参考与借鉴。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    锂电池蜂窝形叉状流道冷板散热研究
    李志强, 巴义春, 孙广强
    2025 (5):  1776-1783.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1079
    摘要 ( 88 )   HTML ( 15 )   PDF(1980KB) ( 31 )  

    为了有效提升圆柱形锂电池的温度均匀性,本文经过深入探索和创新,提出了一种独特的蜂窝形叉状流道冷板。通过运用数值模拟方法构建了基于蜂窝形叉状流道冷板的圆柱形锂电池组冷却散热模型。在此模型基础上,分别探究了冷却液温度以及流道分支角度这两个关键因素对圆柱形锂电池组冷却效果的影响。同时,为了更好地评估其性能,将其与蜂窝形蛇形流道冷板和蛇形流道平面冷板进行对比。结果表明,蜂窝形叉状流道冷板可以应用于冷却液温度过高的工况,降低电池组的最大温差。流道分支角度对电池组的最高温度影响很小,有利于对电池组的设计。此外,与蜂窝形蛇形流道冷板和蛇形流道平面冷板的冷却散热性能相比,采用蜂窝形叉状流道冷板冷却能够大幅降低电池组的最高温度和最大温差,降低能量损耗。蜂窝形叉状流道冷板可以增强对圆柱形锂电池正负极发热区域的冷却,显著降低电池组最高温度及最大温差,为探索散热性能好、能耗更低的电池组热管理系统提供了一种解决方案。

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    锂离子电池过充热失控气热模型构建及关键参数影响分析
    莫子鸣, 饶宗昕, 杨建飞, 杨孟昊, 蔡黎明
    2025 (5):  1784-1796.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0262
    摘要 ( 96 )   HTML ( 24 )   PDF(2558KB) ( 63 )  

    因过充引发的热失控严重威胁了锂离子电池的使用安全,通过热失控模型分析关键参数对过充热失控过程产热产气行为的影响规律,已成为提升电池使用安全性的重要手段。本工作通过引入副反应产气模型和内压计算模型,构建了电池过充热失控气热模型,实现了过充状态下电池产热产气行为的综合表征。通过仿真研究了电池过充热失控过程的产热与产气特性,获取了关键参数并进一步分析了其对电池过充热失控行为的影响规律。结果表明,充电倍率和电解液分解电位是影响电池过充热失控行为的关键参数,降低充电倍率和提高电解液分解电位可有效抑制泄压阀开启与热失控触发;充电倍率主要影响电池过充初期的温度变化,电解液分解电位则主要影响电池过充后期电解液分解反应的触发时刻;随着充电倍率的提升,提高电解液分解电位对热失控触发的抑制效果显著减弱,对热失控荷电状态(SOC)的抑制程度减少了22%,但对泄压阀开启的抑制效果并不明显,对泄压阀开启SOC的抑制程度仅减少3%。本工作为锂离子电池材料热安全设计提供了支持。

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    磷酸铁锂电池存储失效机理及热安全性研究
    汪红辉, 李嘉鑫, 储德韧, 李彦仪, 许铤
    2025 (5):  1797-1805.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1061
    摘要 ( 234 )   HTML ( 31 )   PDF(2189KB) ( 47 )  

    磷酸铁锂电池因长循环周期稳定性、高安全性和低成本等优点在能源存储领域具有广泛应用,是当下主流的电化学储能器件之一,然而目前关于其存储过程性能失效和安全性研究并不充分。本文以某商用圆柱形磷酸铁锂电池为典型储能对象,通过存储模拟实验,借助多种无损分析技术和绝热加速量热仪,探究在不同环境温度(室温~72 ℃)和多种荷电状态(SOC = 0~100%)下磷酸铁锂电池的电化学性能及热安全性演化规律及深层次机理。实验结果表明,磷酸铁锂电池在存储过程中健康状态(SOH)及热失控特征受环境温度和荷电状态影响显著,温度为72 ℃且SOC为100%时,电池容量衰减速率是室温下的22.1倍,是SOC为0时的5.6倍,温度或荷电状态越高,电池容量衰减越严重,这主要是由于内部活性锂损失LLI和负极活性材料损失LAMNE所导致的。然而经过存储后磷酸铁锂电池的热安全性反而有所改善,这可能与内部活性材料损失导致电池内部体系能量下降有关。此外,借助容量增量技术,基于IC曲线特征峰强构建了电池容量衰减半经验预测模型。本研究为磷酸铁锂电池在未来大规模储能应用中的运行维护和安全防护提供了技术指导。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于储能用280 Ah风冷电池包流道结构和导流板的协同优化
    刘顺新, 李昊阳, 张建兴, 曾光, 许令平
    2025 (5):  1806-1817.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0005
    摘要 ( 70 )   HTML ( 12 )   PDF(8793KB) ( 30 )  

    传统风冷电池包热管理系统具有结构简单、成本低廉等优点,但冷却均匀性差和局部过热问题限制了其在高功率密度应用中的表现。针对该问题,基于流体力学和传热学原理,设计了两种不同的流道结构和一种新型风冷导流板。利用仿真软件Fluent,结合Bernardi生热理论、Realizable k-ε湍流模型及流固耦合边界条件,对双“Z”型和双“U”型流道结构的热性能进行了详细分析,最终选定双“Z”型流道结构进一步分析导流板的有无配置、不同孔边长及入口风速对电池组温度场和流场分布的影响。结果显示,添加导流板可以有效优化流量分布,提升电池组内部温度的均匀性;降低导流板孔边长能够显著降低最高温度。增大入口风速同样能改善电池组的最高温度并平衡内部温差。本工作开发的新型微多孔板风冷热管理单元,能够快速释放方块状电池在大倍率工作时产生的热量,显著提升储能电池组的使用寿命和安全可靠性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    带嵌入式微通道陶瓷裂解反应器的管式氨燃料电池
    许晓茹, 欧建臻, 刘佳伟, 陈智聪, 叶豪, 刘颖隆, 刘英丽, 林泽宇, 刘晶晶, 简俊辉, 罗栩, 范竞敏, 王超, 雷励斌, 梁波
    2025 (5):  1818-1828.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1097
    摘要 ( 87 )   HTML ( 3 )   PDF(6503KB) ( 12 )  

    采用冷等静压法、无心磨法和浸渍法成功制备了一种结构为NiO-YSZ|YSZ|LSCF-GDC的电解质支撑微管式固体氧化物燃料电池,其电解质厚度约为200 μm。氨分解催化剂使用浸渍法制备,以蜂窝陶瓷为载体,制备一种在微通道内表面锚定了纳米级Ru催化剂的氨分解反应器,该反应器对氨的分解率随温度升高而增加,在500 ℃时达到98.9%,在600 ℃时达到99.6%。然后将微通道陶瓷裂解反应器插入并固定在微管式固体氧化物燃料电池(μT-SOFC)中氨燃料输入的上游。借助场发射扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析技术(EDS)对μT-SOFC和嵌入式裂解反应器进行微观结构表征和元素分布表征,观察到管式电池经典的三明治结构。μT-SOFC的开路电压为1.19 V,集成了嵌入式裂解反应器的单电池以氨作为燃料,在600 ℃、700 ℃、750 ℃、800 ℃和850 ℃的不同温度下,最大功率密度分别达到8 mW/cm2、19 mW/cm2、41 mW/cm2、53 mW/cm2和57 mW/cm2,最高功率密度达到以75%氢气+25%氮气为燃料时的62%、61%、98%、98%和92%。在这项研究中,采用了阳极内部环形集流取电模式。每个环均匀地收集电流,根据仿真结果,总电流与环数大致成正比。目前关于微管式固体氧化物燃料电池电解质支撑系统的研究甚少,本研究为该领域制备技术、工艺和材料的后续系统性开发提供了新参考。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    锂金属电池充放电过程中锂枝晶生长与溶解的相场模拟研究
    梁辰, 邢鹏飞, 吴孟武, 秦训鹏
    2025 (5):  1829-1840.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1125
    摘要 ( 257 )   HTML ( 10 )   PDF(7064KB) ( 52 )  

    随着锂金属电池(LMBs)在高能量密度电池中的应用潜力不断显现,其在电动汽车、便携式电子设备等领域的应用前景日益广阔。然而,锂金属电池充放电过程中锂枝晶的不可控生长及死锂的形成显著降低了电池的循环特性和安全性。本文采用相场方法建立了多物理场仿真模型,模拟了锂枝晶的生长与溶解过程,系统研究了充放电电压、循环周期数、温度等对锂枝晶形貌和死锂形成的影响。结果表明,充电时锂枝晶开始生长,放电时锂枝晶发生溶解,溶解从枝晶的主干与根部开始,在较窄区域出现缩颈进而逐渐与电极脱离形成死锂。锂沉积速率随着充电时间的增加而增大,而溶解速率随着放电时间的增加而减小,锂枝晶的溶解速率整体大于沉积速率。充电电压越高,锂枝晶的沉积速率越大,形貌越复杂;放电电压越高,锂枝晶溶解速率越大,但增加了死锂的形成;循环周期数的增加在减缓锂枝晶生长的同时,亦会导致死锂的累积;升高温度能够抑制锂枝晶的生长,同时促进锂的溶解反应,减少了死锂的形成。本研究对于提升锂金属电池的循环特性和安全性具有一定的指导意义。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    氟化科琴黑/石墨烯复合材料及电化学性能研究
    张亮, 周雄, 滕久康, 杨文静, 黎学明
    2025 (5):  1841-1849.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1038
    摘要 ( 67 )   HTML ( 4 )   PDF(7226KB) ( 14 )  

    锂氟化碳(Li/CF x )电池在目前已知锂原电池中具有最高的比能量,然而这种电池在放电过程中存在电压平台较低、实际比能量低、倍率性能较差等问题。本文以科琴黑作为碳源,采用固相直接氟化法制备氟化科琴黑(fluorinated Keqin black, FKB),通过溶液-热还原法制备氟化科琴黑/石墨烯复合材料(FKB/RGO),提高了材料的导电性,增大了电极材料与电解液的活性接触面积,缩短了锂离子的扩散路径,实现了FKB/RGO在0.1 C倍率下放电比容量为858.4 mAh/g,10 C放电容量达到550.6 mAh/g,表现出优异的能量密度和倍率性能。本研究有助于推动FKB/RGO材料在锂氟化碳电池中的工程化应用。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    高韧性高导电PTFE基干法自支撑膜技术研究
    高桂红, 李珅珅, 张薇, 梁圣杰, 韩甜, 巫湘坤
    2025 (5):  1850-1857.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1046
    摘要 ( 82 )   HTML ( 9 )   PDF(12250KB) ( 29 )  

    基于聚四氟乙烯可纤维化的特性,先将原材料预纤维化形成均匀的混合物后经热辊压的方法制备了干法自支撑膜。通过此方法制备的干法膜片厚度达到120~200 μm,负载量达到36~60 mg/cm2,面载量7.26~12.11 mAh/cm2,是目前商业化湿法电极面载量的2~4倍;膜片的表面、截面扫描电镜显示原颗粒状的聚四氟乙烯黏结剂在混合和热压过程被充分地纤维化,制备过程中形成的纳米纤维状黏结剂在电极膜中均匀分布,聚四氟乙烯纤维丝、导电剂广泛地围绕在活性颗粒的周围,并在膜片内形成充裕的“3D”网状结构;膜片具有良好的亲液性能,测量的光学接触角介于97°~112°;此膜电极片具有较强的力学性能,最大拉断力为2.64 MPa,膜片伸长率高达34.64%,较好的力学性能完全可以应用于卷绕等工序中保持膜片的完整性;膜片具有低至13.58 mΩ·cm的电子电阻率;200 μm的超厚电极0.05C充放电的首次充放电效率为87.51%,放电比容量为209.60 mAh/g,1C倍率下放电克容量最高为160 mAh/g。通过本研究,认为聚四氟乙烯纤维化技术推进低成本规模化电极制备技术是可行的,为能源的高效利用提供了可靠的解决方案。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    双添加剂协同提升钠离子电池循环稳定性
    刘德帅, 朱慧琴, 孙睿浩, 李蒙, 巩文豪, 李晓辉, 钱伟伟
    2025 (5):  1858-1865.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1143
    摘要 ( 103 )   HTML ( 4 )   PDF(5934KB) ( 17 )  

    电解液不仅影响离子传递过程,还参与电极/电解液界面膜的形成,对电池的循环稳定性起着重要作用,其中,电解液添加剂是参与电极/电解液界面构筑的主要成分。相较于锂离子电池,钠离子电池电解液及其添加剂的研究仍存在许多问题。本文通过对电解液添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)和1,3-丙烷磺酸内酯(PS)的深入研究,分析了不同添加剂组成的电解液对电池性能的影响。研究发现,含有FEC+PS双添加剂电解液的软包电池1 C循环600周后的容量保持率高达85.1%,其循环性能明显优于不使用任何添加剂或单独加FEC添加剂的电池,有效提升了NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2(NFM)||硬碳(HC)软包电池的循环性能。通过电极界面分析发现,FEC-PS双添加剂衍生的含有烷基磺酸钠(ROSO2Na)和氟化钠(NaF)的CEI/SEI膜,具有较高的机械强度和良好的柔韧性,极大提升了电极/电解液界面的稳定性,有效抑制了循环过程中NFM正极过渡金属溶出和HC负极析钠,同时缓解了软包电池产气的问题。本研究在软包电池的基础上调控添加剂组成,优化电极/电解液界面组分,改善了电池界面稳定性和循环性能,为开发高性能钠离子电池电解液提供了理论及技术支撑。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    储能用锂电池浸没式热性能调控仿真及热安全实验研究
    周海洋, 张振东, 盛雷, 朱泽华, 张晓军, 张春风
    2025 (5):  1866-1874.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1056
    摘要 ( 132 )   HTML ( 14 )   PDF(6527KB) ( 18 )  

    针对户储用5 kWh电池插箱在工作过程中温升和温差过大的问题,设计了一种浸没式内胆箱体模型,该模型直接将电池浸泡其中,再与外部电池包进行电气连接。在内胆中,研究了静态浸没下电池间距、浸没高度比以及放电倍率对常规冷却性能的影响。此外,还对该模型的热安全性能进行了实验研究。结果表明:当电池间距为2.5 mm时,电池模组的温度均匀性显著改善;当电池100%浸没时,可以获得最佳冷却效果;当电池模组以0.5 C、1.0 C以及1.5 C放电,完全浸没的电池模组最大温度较无浸没时显著降低,电池模组的温度均匀性也得到了极大的改善。随后通过实验验证了常规液冷模型的准确性,仿真与实验之间的最大偏差为1.29 ℃。最后,由过充热失控扩散性能实验可知该冷却方法可以有效地抑制热失控蔓延。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    高容量锂离子电池正极补锂材料Li5FeO4@C的性能研究
    曾州岚, 尚雷, 胡志金, 王宗凡, 辛小超, 刘瑛
    2025 (5):  1875-1883.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1092
    摘要 ( 598 )   HTML ( 11 )   PDF(7794KB) ( 42 )  

    正极补锂添加剂Li5FeO4(LFO)具有理论比容量高、成本低且无毒等优点,是有发展前景的补锂技术之一,但其残碱值高、导电性低等问题导致其在实际使用中脱锂容量大幅降低,限制了其进一步应用。针对此问题,本研究采用高温固相法制备出纯相的LFO材料,并使用等离子增强型化学气相沉积法(PECVD)对LFO材料进行碳包覆处理得到LFO@C材料,分析了不同包覆时间、温度下LFO@C材料的理化性能和电化学性能。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能量分析谱(EDS)显示不同的PECVD碳包覆工艺会在LFO@C材料表面沉积不同的碳层结构,包覆温度为500 ℃、包覆时间为2 h时会在材料表面沉积一层均匀且致密的碳层。X射线衍射分析(XRD)结果表明包覆温度为500 ℃、包覆时间≤2 h时LFO@C材料不会发生不可逆相变。碳含量和导电性分析结果表明LFO@C材料的碳含量和电导率随包覆时间的延长呈现先增大后减小的趋势、随包覆温度的增加呈上升趋势。残碱值分析结果显示LFO材料的残碱值经过PECVD碳包覆改性后发生了明显的下降,且LFO@C材料的残碱值大小与其表面碳层结构相关。碳包覆改性后的LFO@C材料的电化学性能得到了极大改善,其中容量最高的LFO-5002材料在2.0~4.2 V下首次充电克比容量为756.4 mAh/g,不可逆容量达到623.51 mAh/g,超过纯相LFO材料200 mAh/g以上。分析结果表明使用PECVD可以在LFO材料颗粒表面包裹一层均匀致密的碳层,碳包覆后材料的残碱值大幅降低,导电性、容量大大提升,补锂效果得到了极大改善。研究结果通过碳包覆改性显著提升了正极补锂材料LFO的不可逆容量,为高容量的正极补锂材料设计提供了技术指导。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    补钠技术在钠离子电池中的应用进展
    唐从庆, 蔡京升
    2025 (5):  1884-1899.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1069
    摘要 ( 197 )   HTML ( 4 )   PDF(9754KB) ( 21 )  

    钠离子电池是继锂离子电池之后有望大规模推广的新型储能电池,然而,较低的库仑效率限制了其发展,而预钠化被认为是一种可以有效提升钠电池低首效短板的技术,对钠离子电池商业化推广生产具有重要意义。本文详细总结了国内外预钠化技术的研究进展,从三个角度(包括正极,电解液和负极)的设计和改性来讲述预钠化技术。其中正极处补钠主要包括直接浸渍法、牺牲添加剂法和电化学处理法等;电解液优化主要包含钠盐与溶剂种类优化、钠盐与溶剂的配比优化、添加剂的应用;负极处补钠主要通过直接补钠法、电化学预钠法、硬碳改性、补钠剂等方法。本文通过综述当前补钠技术的进展,总结各自优缺点与商用推广可行性,以期为钠电领域补钠技术的发展提供指导。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    聚阴离子COFs基复合膜稳定水系锌离子电池负极的研究
    冷杨, 黄硕, 桂凯旋, 闫文其, 刘琪
    2025 (5):  1900-1909.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1132
    摘要 ( 112 )   HTML ( 1 )   PDF(5506KB) ( 34 )  

    水系锌离子电池(AZIBs)因其低成本、无毒性及高理论容量等优势,被视为大规模和长期储能领域的理想之选。然而,锌负极不可控地枝晶生长、表面腐蚀和析氢反应等问题,严重限制了AZIBs的实际应用。本工作提出了一种通过聚阴离子共价有机骨架(COFs)纳米片涂覆PP隔膜制备复合隔膜设计,旨在稳定锌负极。所制备的COFs材料具有独特的纳米孔径和丰富的阴离子基团,能够有效筛选离子,抑制SO42-的迁移,并均匀化Zn2+通量,诱导Zn2+在(002)晶面的择优取向,从而实现了Zn2+的均匀沉积。因此,使用复合隔膜可实现高锌离子的迁移数(0.68)和较高的电导率(13.8 mS/cm)。基于该隔膜组装的对称电池在1 mA /cm2、1 mAh/cm2条件下,展现出超过600 h的循环稳定性,表现出高度可逆的电镀/剥离行为。此外,使用NaV3O8·1.5H2O作为正极材料的全电池,表现出高的初始容量(261.5 mAh/g)且可稳定循环超过900圈。该研究为水系电池的隔膜设计提供了新思路,为高容量、无枝晶和规模化应用的水系锌离子电池的实现奠定了基础。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    真空烧结制备高性能正极补锂剂Li2NiO2 的性能研究
    胡志金, 尚雷, 王宗凡, 曾州岚, 刘瑛, 辛小超
    2025 (5):  1910-1917.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1093
    摘要 ( 88 )   HTML ( 5 )   PDF(7028KB) ( 9 )  

    预锂化技术对于提高电池首次库仑效率和循环寿命具有显著作用,其中正极补锂技术是最简单有效的方法之一。Li2NiO2(LNO)因其制备工艺简单,成本低且环保而被广泛用作补锂剂,但是存在比容量不高和环境稳定性差等问题。针对此问题,本工作通过真空烧结的方式制备出了环境稳定性高、比容量高的富锂镍酸锂(GP-LNO),与常压烧结的富锂镍酸锂(NM-LNO)进行了对比分析。通过扫描电子显微技术(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析,发现GP-LNO的颗粒完整性更高,结晶度更高且NiO的杂峰更低。电位滴定的结果显示GP-LNO的环境稳定性更好,在温度为25 ℃,湿度为38%的环境下放置360 min后,GP-LNO的残碱中总Li含量只增加了0.04%,同等条件下NM-LNO增加了0.94%。电化学性能分析结果表明,GP-LNO具有更高的首圈充电比容量,在2.8~4.3 V电压范围内,0.05 C倍率恒流恒压充放电,GP-LNO首圈充电容量达到434.21 mAh/g,超出了NM-LNO约28.2 mAh/g,且随着倍率的增加,GP-LNO首圈充电容量先增加后降低,0.5 C倍率的首圈充电容量达到438.64 mAh/g。本研究通过真空烧结显著提升了LNO材料的首圈充电容量和不可逆容量,避免了Ni的氧化和杂质产生,有效改善了LNO的环境稳定性,对其工业应用具有指导意义。

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    磁场分选在废旧锂电池正负极材料回收中的应用
    陈英健, 吴尚, 曹元成, 杜宝帅, 王振兴, 欧阳钟文, 汤舜
    2025 (5):  1918-1927.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1049
    摘要 ( 114 )   HTML ( 1 )   PDF(7061KB) ( 14 )  

    随着电动汽车、移动通讯和储能行业的快速发展,废旧锂离子电池的数量逐年增加。这些废旧电池中的正负极材料含有Co、Li、石墨等高价值资源,其回收利用对于资源的再生和环境保护具有重要意义。传统的火法和湿法回收工艺尽管有效,但往往存在能耗高、污染严重、回收流程长的问题。磁场分选技术作为一种绿色、高效的分离方法,通过利用材料间物理性质的差异来实现分离,常与其他回收工艺融合使用,在废旧锂电池正负极材料回收中具有广阔的应用前景。本文综述了磁场分选技术在废旧锂电池回收中的应用现状,重点分析了近年来发展的高梯度磁选、涡流分选、湿式磁选等磁场分选方法在回收工艺中的基本原理和具体应用,并总结各技术在材料分离、金属杂质去除中的作用和效果。同时,本文也指出了当前磁场分离技术在大规模产业化应用中面临的挑战,如磁场强度不足、设备集成度不高、适应性差等问题,并对未来发展趋势进行了展望,推动废旧锂电池材料回收的绿色化、闭环化发展。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    废旧锂电池失效机制及回收再利用研究现状
    丰伟
    2025 (5):  1928-1930.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0462
    摘要 ( 36 )   HTML ( 12 )   PDF(517KB) ( 42 )  

    随着储能产业的飞速发展,锂电池市场占有率逐渐增加。受到锂电池使用寿命限制,大量废旧锂电池随之产生,倘若未得到妥善处理,不仅会造成资源浪费,还会产生严重的生态污染,因此,废旧锂电池的回收再利用成为关键。文章通过分析废旧锂电池的失效机制,发现废旧锂电池的潜在危害,并综述锂电池正极材料、负极材料,以及电解液的回收再利用技术,为废旧锂电池资源化处理提供有效参考。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于高孔隙率泡沫金属的偏心管式复合相变储热单元储热性能数值模拟
    李一鸣, 严景好, 席丽娜, 孙晓兵, 刘鸣皋, 李杰, 孙小琴
    2025 (5):  1931-1942.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1080
    摘要 ( 68 )   HTML ( 5 )   PDF(4560KB) ( 7 )  

    为有效提高相变储热单元的储热性能,本文利用数值模拟方法对填充泡沫金属-石蜡复合相变材料的偏心式三管相变储热器进行熔化性能及结构改进研究,重点分析了偏心率、换热温差(ΔT,传热流体温度与相变温度之差)及泡沫金属孔密度对储热性能的影响。研究结果表明,偏心率H对三管储热器的储热性能有显著影响,低正偏心率时结构顶、底部熔化协同性好。此外,相变材料的熔化速率随着偏心率增加先增大后减小,最优偏心率为2/15。与同心管结构相比,其完全熔化时间缩短12.36%。此外,与同心管结构相比,当H≤-1/15或H≥4/15时,偏心设置均会起到抑制传热作用。提高换热温差能显著提高传热速率,且随着换热温差持续增加,其单位温差对熔化的促进作用在缓慢衰减,综合来看,换热温差为10 ℃时,其换热效果较好。针对偏心率H=0、2/15和-4/15三种结构的储热器,换热温差由5 ℃升至20 ℃,完全熔化时间优化率提高了58.30%、59.62%和54.15%。减小孔密度有利于增强相变材料熔化过程中的自然对流传热,当ΔT=10 ℃且偏心率为2/15时,偏心管结构孔密度由50PPI(1 in的平均孔数,1 in=2.54 cm)减小至30PPI,熔化时间优化率4.52%。

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    相变储能材料在冷链物流运输中的热效应作用分析
    张爱芳
    2025 (5):  1943-1945.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0415
    摘要 ( 26 )   HTML ( 9 )   PDF(508KB) ( 14 )  

    随着冷链物流行业的快速发展,对高效、节能、环保的制冷技术需求日益增加。相变储能材料作为一种新型制冷材料,在冷链物流运输中展现出独特的热效应作用。本文详细分析了相变储能材料在冷链物流运输中的热效应机制,包括其在维持低温环境、降低能耗成本、提升冷藏效果及节能环保等方面的作用。通过理论探讨与实际应用案例相结合,旨在揭示相变储能材料在冷链物流中的巨大潜力和应用价值,为行业提供科学的参考和借鉴。

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    飞轮储能系统电机定子散热设计研究
    王艺斐, 徐帆, 王亮, 戴兴建, 徐玉杰, 陈海生
    2025 (5):  1946-1953.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1172
    摘要 ( 51 )   HTML ( 0 )   PDF(3825KB) ( 8 )  

    针对飞轮储能系统500 kW电机定子的散热问题,在定子外侧加装螺旋水套进行冷却;通过简化热源和传热模型,建立等效复合换热模型,并完成对电机定子的液冷设计;利用数值模拟方法快速校核设计结果,计算得到了定子内部温度分布和水套摩擦阻力。固定槽高或槽宽,增大槽宽或槽高,造成压降减小,定子的最高温度有一定上升。研究给出了设计水套槽道的尺寸,为满足定子温度要求,在一定的设计温升下,冷却水的进口温度应不超过某一值。提高冷却水设计温升,冷却水最大允许进口温度略有下降。设计方法简单高效,可为飞轮储能系统电机定子冷却设计提供参考。

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    储能系统与工程
    压缩空气储能系统双悬臂转子动平衡方法研究
    毛豪杰, 张雪辉, 焦瀚晖, 李和平, 刘彦, 陈海生
    2025 (5):  1954-1968.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1238
    摘要 ( 56 )   HTML ( 2 )   PDF(5095KB) ( 7 )  

    压缩空气储能(CAES)系统具有规模大、效率高等特点,被认为是最具发展潜力的大规模储能技术之一。整体齿式压缩机作为CAES系统的核心装备之一,其双悬臂转子的稳定性越来越受到人们的重视。为解决转子两端悬挂叶轮不平衡量引起的转子振动报警,通常选用多平衡面现场动平衡,而多平面平衡操作复杂且启停次数多,为简化平衡过程、延长双悬臂转子使用寿命,本工作对CAES系统双悬臂转子不平衡特性及动平衡方法进行了研究。首先,基于有限元分析软件对压缩机双悬臂转子进行了建模分析,研究表明对于双悬臂转子的双端不平衡,可解耦为单端不平衡进行平衡,从而避免生产过程中复杂的动平衡过程。然后,通过现场一端叶轮进行现场动平衡实验,对比了不同试重对轴系动平衡效果的影响,实验结果表明添加试重产生的振动幅值与相位变化量越大,计算所得配重的平衡效果越好。最后,在另一端叶轮完全模拟现场实际情况对叶轮出厂原始不平衡量进行盲平,验证了本研究方法的有效性和普适性,平衡效率达到84.01%。

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    多源耦合不确定性下含电氢储能的微电网低碳容量优化配置研究
    李明, 尹文良, 李勇康, 孙晨业, 陈佳佳
    2025 (5):  1969-1981.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1091
    摘要 ( 116 )   HTML ( 3 )   PDF(3623KB) ( 24 )  

    在全球能源转型的背景下,微电网作为一种灵活的分布式资源有效集成方案,对于能源系统的可持续发展显得至关重要。微电网不仅能够提升电力系统的灵活性和可靠性,还为实现低碳经济目标提供切实可行的途径。本文以提高微电网的运行经济性、稳定性和低碳性为目标,旨在考虑多源耦合的不确定性环境下,探索含电氢储能的微电网低碳经济优化配置方案。具体而言,首先在分析微电网中各单元运行特性的基础上,应用场景生成和基于改进的K-means聚类算法,构建风电、光伏发电及电力负荷的典型场景集来处理不确定性问题。然后,以综合成本最小化为微电网上层容量优化的目标,以系统总运行成本的最小化为下层运行优化的目标。同时引入阶梯碳交易机制,建立微电网双层优化配置的模型。最终,结合改进的乌燕鸥算法和混合整数线性规划方法求解所建立的双层优化模型,进而确定微电网的最优容量配置。通过基于华中地区某地年气象和负荷数据的算例分析,验证了所提方法的有效性与优越性。

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    基于强化学习的变参数PID的惯量飞轮有功控制策略
    萨仁高娃, 邬超慧, 倪泽龙, 张悦, 姜新建, 田建宇
    2025 (5):  1982-1990.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1130
    摘要 ( 84 )   HTML ( 3 )   PDF(3277KB) ( 31 )  

    本工作对基于电磁耦合器的惯量飞轮系统进行了研究,首先介绍了惯量飞轮系统的拓扑结构、原理,并说明了采用电磁耦合器的优势,然后对惯量飞轮系统进行数学建模。由于传统的定参数PID控制方式在系统有功指令突变的时候,输出功率会发生较大的波动,因此本工作提出了一种基于强化学习的变参数PID有功控制策略。在该控制策略中,PID参数是通过无模型参考的强化学习算法训练的神经网络RL Agent得到的,神经网络的输入量是有功功率的偏差、有功功率的微分、转速、转速的微分,输出量是P、I、D三个参数,当系统状态发生变化的时候,PID参数也会随之改变。为了验证该控制策略的可行性与控制性能的优势,在MATLAB/Simulink仿真平台上对该控制策略进行了与传统的定参数PID控制方式的对比验证,仿真结果表明,变参数PID控制策略中的P、I参数在系统收到有功功率调节指令时都有明显的变化,导致输出转矩的参考值发生了改变,从而使得系统功率输出的超调量和波动更小,动态响应性能更好。

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    准二级压缩耦合储能装置的空气源热泵性能研究
    李勇, 赵雨菲, 宋春雨, 刘世豪, 马素霞
    2025 (5):  1991-1999.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0018
    摘要 ( 68 )   HTML ( 3 )   PDF(4410KB) ( 7 )  

    针对空气源热泵在低温环境下性能衰减问题,本工作提出了一种准二级压缩耦合储能装置的空气源热泵系统,其中储能装置是利用相变材料在相变过程中吸收或释放大量潜热的相变蓄热器,它可在相对稳定的温度区间内高效蓄热。借助实验方法测试了该系统在不同环境温度下的制热能力、性能系数(COP)、制冷剂质量流量、排气温度和能效方面的一系列参数,并对其经济性进行了分析。实验结果表明:随着环境温度的降低,制冷剂的质量流量和制热量显著降低。然而与常见带经济器的系统相比,准二级压缩与储能装置耦合系统COP、制热量和㶲效率即使在恶劣环境温度下仍表现出强劲优势,在-30°C的环境温度下,耦合系统的COP显著提高了39.9%,制热量提升了43.46%,㶲效率改善了41.8%,日运行成本费用降低4.63元,其中严寒气候条件下日运行成本减小11%,运行成本费用合理,具备很强的市场竞争力。此外,在-5~-30 ℃的环境温度范围内,排气温度可降低4.55~12.78 ℃,制冷剂的质量流量可增加11.8%~48.7%。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于ADPSS-HIL的储能电站电磁暂态模型及校核
    郝守礼, 樊育锋, 郝旭芃, 张超
    2025 (5):  2000-2009.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1077
    摘要 ( 107 )   HTML ( 0 )   PDF(5213KB) ( 6 )  

    建立准确的储能电站内储能单元的电磁暂态仿真模型,是精确指导新能源场站及储能电站调控运行,提升新能源消纳及电网安全稳定运行水平的重要保障。现有的储能电站内储能系统电磁暂态模型搭建多在国外仿真平台上进行,缺乏在国产化ADPSS电磁仿真平台上进行的建模分析与精确度对比的研究。本工作以某储能电站为例,依托ADPSS平台建立了储能电站的电磁暂态仿真模型,并通过储能电站内储能系统的真实控制器进行HIL测试,搭建了可实际反映储能系统稳态和暂态运行特性的ADPSS-HIL仿真模型。通过将不同工况下的真实单机测试结果与ADPSS-HIL模型仿真结果进行对比,开展ADPSS-HIL电磁暂态模型的低电压穿越、高电压穿越故障在有功功率、无功功率、有功电流、无功电流以及电压等电气量上的暂态特性一致性校核。通过调整模型参数,使ADPSS-HIL模型波形数据与真机测试误差在相关标准允许范围内,建立准确的ADPSS-HIL的储能电站储能单元的电磁暂态模型。所提出的储能单元电磁暂态仿真模型能够提高电网仿真计算的准确性,确保电磁暂态仿真结果能够有效指导生产运行。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    大数据支持下的储能系统智能运维模式研究
    鄢冰, 许浒, 李震领
    2025 (5):  2010-2012.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0419
    摘要 ( 43 )   HTML ( 5 )   PDF(511KB) ( 17 )  

    随着新能源技术的快速发展和广泛应用,储能系统在电网中的作用也愈加重要。传统的储能系统运维通常依赖人工经验,存在效率低下、响应滞后和故障诊断不准确等问题。本工作提出了一种基于大数据的储能系统智能运维模式,该模式通过集成多种数据源进行信息采集与监控,实现对海量数据的实时收集和深入分析。结合机器学习和深度学习算法对实时数据和历史数据进行融合分析,系统能够识别故障的规律和模式,进而预测设备性能与健康状态。通过这种智能运维模式,可以有效预判潜在故障并提前采取干预措施,从而提升设备的可靠性和运行效率。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    电网调频飞轮储能系统并网能量管理与控制策略
    许庆祥, 滕伟, 秦润, 宋顺一, 柳亦兵, 梁双印
    2025 (5):  2013-2022.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1073
    摘要 ( 111 )   HTML ( 2 )   PDF(2504KB) ( 12 )  

    飞轮储能系统以其具有响应速度快、能量转换效率高、能量密度高、使用寿命长和环保等优势,在电网调频领域的作用日益凸显。目前的飞轮单机功率和能量尚不足以对电网的频率波动提供足够的支撑,需要将多台飞轮并联组合成阵列以进行调频响应。针对飞轮储能系统并网运行时单元的能量状态不一和机网联合控制时母线电压稳定性差的问题,本工作提出了飞轮储能阵列内的功率优化分配方法和飞轮储能单元的机网协调控制策略。考虑了飞轮储能系统的功率和容量限制,实现了各飞轮单元运行一致性;采用基于自抗扰控制的直流母线电压外环和基于模型预测控制的电流内环控制策略,建立飞轮储能机网两侧模型,分析了飞轮储能系统的整体控制效果。通过仿真验证了本文所提飞轮储能系统并网能量管理与控制策略的有效性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    高频注采条件下层状盐穴储氢密闭性分析
    杨福征, 杨昆
    2025 (5):  2023-2031.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1147
    摘要 ( 88 )   HTML ( 0 )   PDF(3496KB) ( 11 )  

    氢能储能在可再生能源调峰中起着至关重要的作用,由于风能和太阳能资源的间歇性和波动性以及储存氢气的多变性,盐穴储氢通常涵盖广泛的注采频率,一个注采生产周期可能需要数周、数月、数季度和数年。这是盐穴储氢独特的特点,然而盐穴储氢在不同注采频率下的密闭性尚不清楚,需要进一步研究。为明确不同注采频率以及高频注采条件下储气压力、埋藏深度对盐穴密闭性的影响,通过建立双腔盐穴三维模型,使用FLAC3D对上述工况进行了数值模拟,得到了各个工况下储氢盐穴运行30年后的氢气渗流范围、夹层孔隙压力和氢气累计泄漏率,以此为根据分析了各种因素对盐穴密闭性的影响。结果表明:氢气累计泄漏率随注采频率的增大逐渐增大;随着注采频率的增长,靠近盐穴区域的夹层孔隙压力会降低,远离盐穴区域的夹层孔隙压力会增大;在相同频率下,氢气泄漏率随深度的增加均呈增大趋势;随着注采频率的增长,盐穴最低储气压力越小,氢气泄漏量越大;夹层渗透率对盐穴密闭性起着决定性作用,夹层氢气泄漏占总泄漏的90%以上,盐穴在用于储氢时,夹层渗透率应小于1.0×10-18 m2

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于储能荷电状态的虚拟同步机控制探讨
    王滔, 毛田, 周保荣, 赵文猛, 华浩
    2025 (5):  2032-2034.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0413
    摘要 ( 20 )   HTML ( 4 )   PDF(505KB) ( 5 )  

    近年来,分布式发电技术在电网中日益普及,其高渗透率对电力系统的稳定运行带来了严峻挑战。作为应对分布式能源并网难题的关键技术之一,虚拟同步机(VSG)控制技术受到了学术界与工业界的深切关注。VSG通过精确模拟传统同步发电机的核心运行机制,包括电磁动态、机械运动特性以及频率与电压调节机制,赋予了分布式发电单元类似传统发电机的“行为模式”,从而有效提升了其在电网中的兼容性和稳定性。这一技术革新不仅为分布式能源的广泛接入提供了技术支撑,也为电力系统的安全、高效运行开辟了新的路径。为了提供VSG所需的惯性和调频能力,通常需要增设储能单元。对此,本研究围绕基于储能荷电状态的VSG控制策略展开研究综述,在分析当前基本控制模型的基础上,进一步论证了包括VSG的并网储能SOC控制、VSG与柴油发电机组组网系统SOC协调控制,以及多VSG并联系统的SOC均衡控制等几个最新控制策略的应用。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    集成双压冷凝与双压蒸发技术的增强型卡诺电池系统
    陈珣, 王敦敦, 胡晓, 李敏霞, 越云凯
    2025 (5):  2035-2042.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0017
    摘要 ( 77 )   HTML ( 0 )   PDF(3015KB) ( 40 )  

    鉴于传统卡诺电池(CB)系统存在往返效率低下的局限性,本文以传统卡诺电池系统为基础,提出了双压冷凝/蒸发卡诺电池(DCB)系统。DCB系统引入了双压蒸发有机朗肯循环(DORC)技术与双压冷凝热泵(DHP)技术,降低了CB系统换热过程的不可逆损失。通过系统建模分析,获得了DCB系统在不同工况下的运行特性,并探讨了其可行性。研究结果表明,DHP的能效系数和DORC模块的发电效率会随着中间出水温度的增加呈现出先增加后减少的趋势。在不同的热源温度和环境温度条件下,DCB系统的往返效率均高于CB系统。以哈尔滨、南京和广州3个城市作为研究对象展开分析,相较于CB系统,DCB系统在哈尔滨全年往返效率提升幅度最大,可达到70.5%。DCB系统在广州运行收益最高,相较于CB系统,在每日发电量为100 kWh工况下,DCB系统全年收入提高了18077 CNY。本文提出的DCB系统有效地改善了CB系统低往返效率的问题,在平衡电网负荷以及促进可再生能源高效利用方面具有巨大的应用潜力,可为“双碳”战略下可再生能源的储能提供一种更为高效的解决方案。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    兼顾保供与消纳的高比例清洁能源系统储能优化配置运行策略
    陈云瑶, 陈玉州, 加央拉姆, 张清渊, 郑子萱, 姜山, 李杰, 熊思源
    2025 (5):  2043-2056.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1089
    摘要 ( 116 )   HTML ( 1 )   PDF(1164KB) ( 12 )  

    高比例清洁能源弱送端电网外送通道不足且灵活可调资源较少,清洁能源大发时易加剧弃风弃光现象,同时高渗透率的清洁能源装机容量进一步压缩传统同步发电机组的开机容量,削弱电网调节能力并加大负荷保供风险,导致负荷缺电与清洁能源弃电互为矛盾的双重挑战愈发严峻。电化学储能作为平抑可再生能源波动、缓解供需矛盾的关键手段,对保障电网安全稳定与灵活运行至关重要。通过提出一种兼顾保供与消纳的储能优化配置与运行策略。首先,以高比例清洁能源系统为研究对象,分析出负荷保供与清洁能源消纳这两类关键需求,并构建出电网平衡、清洁能源消纳和负荷保供这三类风险评估指标;其次,根据所提的风险评估指标体系构建相应的保供应与促消纳目标函数与约束条件,在上层模型中求解的储能规划配置,在下层模型中求解储能的优化运行,实现兼顾保供与消纳的储能优化配置与运行的双层模型构建;最后,通过四个算例在西部某高比例清洁能源系统中验证了所提策略的可行性与有效性。相较于通过配置储能解决单一消纳问题或保供问题,兼顾保供与促消纳的储能参与系统调控可有效提升地区电网的保供水平以及清洁能源消纳率,同时有效降低系统运行成本,提升电网经济效益。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于集成神经网络的源-网-荷-储多能网络耦合优化调控研究
    赵爽, 赵鹏远, 丁万钦, 刘斌, 王文东, 翟群芳, 李小龙
    2025 (5):  2057-2066.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1127
    摘要 ( 62 )   HTML ( 0 )   PDF(2981KB) ( 8 )  

    在多能系统中,由于环节复杂且受到系统动态性和不确定性的深刻影响,各环节间常存在冲突与权衡,使得能源供需的动态平衡变得难以实现。为了应对这一挑战,提出基于集成神经网络的源-网-荷-储多能网络耦合优化调控方法。考虑多能系统中源-网-荷-储多环节的碳排放,全面、准确地实现碳排放评估。结合双向加权GRU神经网络与Bagging集成算法,构建集成神经网络模型,捕捉时间序列数据的前后文信息,通过组合多个弱学习器显著降低预测误差,实现对多能网络碳排放的精确预测。在调控过程中,将碳排放成本效益、发电成本最小化以及新能源消纳电量最大化作为核心优化目标,并应用NSGA-II算法进行求解,实现对复杂多能系统的全面优化调控。实验结果表明,所提方法具有较高的碳排放预测精度,且调控测试显示,通过应用该方法,能源利用率和能源消纳量均得到了显著提升,机组出力稳定性也得到了明显增强。这一研究成果对于推动多能系统的可持续发展和高效运行具有重要意义。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于混合储能荷电状态的光伏微网功率优化管理方法
    闫震, 刘强, 李会彬, 张俊, 蒋亚辉
    2025 (5):  2067-2077.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1126
    摘要 ( 64 )   HTML ( 0 )   PDF(2926KB) ( 7 )  

    随着可再生能源在电力系统中的渗透率逐步提高,光伏发电的波动性对微网的功率质量和稳定性提出了挑战。对此,本工作提出了一种基于混合储能荷电状态(SOC)的光伏(PV)微网功率优化管理方法。该方法通过监测超级电容器和电池的SOC,实现光伏系统、储能系统与微网之间的动态功率分配。超级电容器负责瞬时功率调节以应对负载突变,减轻电池的瞬时响应压力,从而延长电池寿命;电池则主要承担平均功率调节任务,确保系统的持续稳定性。仿真结果显示,在光伏辐照度由1000 W/m²骤降至600 W/m²的情况下,直流链路电压能在0.15 s内恢复至100 V,电压过冲控制在1%以内;电网电流总谐波失真(THD)降至1.11%,符合IEEE 519标准。此外,在负载变化条件下,系统频率偏差控制在±0.01 Hz,满足IEEE 929标准中对电压和频率的稳定性要求。结果表明,该方法在提升光伏微网的功率质量和系统稳定性方面具有显著效果。

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    储能技术助力农产品电商冷链物流配送的优化策略
    张庆平
    2025 (5):  2078-2080.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0414
    摘要 ( 26 )   HTML ( 6 )   PDF(581KB) ( 4 )  

    储能技术在现代农产品电商冷链物流运输中的作用极为重要,本文主要综述了相变储能技术的研究进展,包括储能材料的最新研究情况,根据研究可以发现目前相变储能技术的核心材料包括水溶液相变储能材料和功能增强型储能材料,不同种类的材料具有各自的优势和局限性,需要根据情况灵活选择。此外,本文针对现有的储能技术与农产品电商配送策略,提出了部分优化方案,包括强化储能技术、建立物流网络、优化冷链物流资源配置以及强化冷链物流人才培养等。事实证明,冷链物流是农产品运输配送的重要保证,对我国农产品销售具有重要作用,未来应该继续深入需求,提高物流效率,降低物流成本。

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    储能测试与评价
    基于Soft-DTW算法与多源特征融合的实车动力电池SOH估算
    丁萍, 李涛涛, 郑林锋, 吴伟雄
    2025 (5):  2081-2097.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0046
    摘要 ( 79 )   HTML ( 3 )   PDF(10652KB) ( 12 )  

    电动汽车动力电池的健康状态是保障其高效运行与延长使用寿命的关键因素。然而,由于电动汽车在实际使用中充电模式复杂多变,单次充放电循环的采样间隔大且伴随部分特征信息缺失,导致动力电池SOH的精准评估面临极大挑战。为此,本研究针对实车运行数据提出了一种基于软-动态时间规整(soft-dynamic time warping, Soft-DTW)算法与多源特征融合的SOH估算模型。首先,通过Soft-DTW算法对每周充电片段的容量增量(incremental capacity, IC)曲线进行动态参数融合,随后提取每周总体IC融合特征,并构建融合IC曲线特征与统计学特征的多源特征集。基于此,提出基于双向门控循环单元-极端梯度提升(bidirectional gated recurrent unit-extreme gradient boosting, BiGRU-XGBoost)实车SOH估算模型,该模型在由20辆电动汽车组成的实车数据集上进行了K折交叉验证,结果表明提出的SOH估算方法均方根误差在1.21%以内,均绝对误差低于0.9%。同时与GRU-XGBoost、LSTM进行多模型对比实验,均方根误差降低了36.1%和47.6%,验证了BiGRU-XGBoost模型更强的稳健性和泛化能力。

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    细水雾对电动汽车火灾抑制效果的数值模拟
    吴金涛, 周永军, 杨旭, 邓程欣, 韩一铭
    2025 (5):  2098-2105.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1171
    摘要 ( 117 )   HTML ( 12 )   PDF(1222KB) ( 20 )  

    车载锂电池因为机械滥用而发生热失控,综合考虑不同工况下细水雾对电动汽车(EV)火灾的影响,使用火灾动力学模拟软件(FDS)搭建了EV整车火灾模型并进行抑制整车火灾燃烧的数值模拟,探究了EV火灾的发展规律、细水雾设备的最佳工况并分析了最佳工况下对车内温度的抑制情况。研究结果揭示,在缺乏任何防控措施时,EV火灾迅速蔓延,规模显著,其峰值热释放速率(HRR)高达5740 kW,产生的高温、烟雾和火焰对乘客安全构成严重威胁。此外,烟雾生成相比火焰和热释放速率(PHRR)存在时间滞后。通过综合评估细水雾系统在不同工况下对整车火灾PHRR的减缓效果和延迟时间,本文确定了5 L/min的细水雾喷射流量和500 μm直径的雾滴为最佳工况。在此最佳工况下,相较于无防控措施,PHRR的延迟时间延长了16.5 s,PHRR的减缓率达到了23.69%。进一步对比分析了无细水雾系统和在最优细水雾工况下EV火灾车内温度的变化,发现在最优细水雾工况下,车内温度显著降低,达到高温的时间也有所推迟,从而显著提升了其安全性。本文对细水雾在不同工况下对EV火灾的影响进行了深入探讨,为EV火灾的防控提供了科学依据,有助于增强EV火灾情况下的安全性能,降低火灾对人员和财产的潜在损害。

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    基于改进卡尔曼算法的电池采样电压滤波估计
    宋海飞, 王乐红, 原义栋, 赵天挺, 陈捷
    2025 (5):  2106-2113.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1058
    摘要 ( 96 )   HTML ( 1 )   PDF(3177KB) ( 9 )  

    准确地获取锂离子电池电压对于提高电池状态管理可靠性至关重要。针对传统卡尔曼滤波算法中卡尔曼增益无法反映新息突变的影响,状态变量估计更新不能利用历史数据中的有用信息,导致基于传统卡尔曼算法采样电压滤波估计结果不理想的问题,提出一种基于多新息理论改进卡尔曼滤波算法的电池采样电压滤波估计方法。通过运用多新息理论思想,将单一时刻的新息状态改进为多元新息矩阵,在对系统误差协方差进行计算的过程中,引入了当前和历史时刻观测量多元新息矩阵;在先验估计修正过程中,增加了历史时刻的状态量及卡尔曼增益和观测量新息矩阵,对传统卡尔曼滤波算法的误差协方差和系统状态变量的先验估计修正计算过程进行了改进,使得卡尔曼增益和状态变量的估计值能够随着不同时刻新息的变化进行调整;同时还引入了修正因子,调整不同时刻数据的修正权重,构建基于多新息理论改进卡尔曼滤波算法,克服了传统卡尔曼滤波算法中卡尔曼增益无法反映新息突变和遗漏历史数据信息带来的影响,实现电池采样电压的精确估计。将基于改进算法和传统算法滤波估计的采样电压进行对比分析,并利用电压与荷电状态(SOC)之间的关系计算电池SOC。结果表明,在恒流放电工况下,电池采样电压最大误差由8.09 mV降为3.71 mV,基于采样电压计算的SOC误差也进一步降低。同时,改进后的方法使得采样电压和SOC的平均误差和均方根误差(RMSE)均有所减小,验证了改进卡尔曼滤波算法的有效性,为提高电池采样电压的滤波估计精度和SOC的计算精度提供了新的思路。

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    基于大数据和人工智能的储能系统故障预测与诊断方法研究
    韩松
    2025 (5):  2114-2116.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0412
    摘要 ( 26 )   HTML ( 8 )   PDF(580KB) ( 12 )  

    储能系统作为电力资源应用与发展的核心,正不断趋于复杂化和精确化,如何提高储能系统故障检测和诊断的精确度成为现代电力技术发展的关键。本文基于现代储能系统常见故障问题,详细阐述了基于大数据和人工智能技术的新型储能系统故障预测方法。通过分析研究可以明确,当前储能系统故障预测诊断方法主要包括数据模型诊断和数据驱动诊断,前者是通过大数据技术构建数据模型,判定问题数据,得出诊断结果,后者则是更多依赖于机器学习等人工智能技术,通过知识驱动和数据驱动获取诊断结果。未来的研究更多倾向于物理量数据的挖掘归纳,建立更精确的对比模型,实现储能系统故障的快速诊断。

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    考虑边际替代效应的火-储联合系统调频备用配置方法
    魏江哲, 舒茂龙, 陈彦桥, 赵璐璐, 苏新凯, 刘牧阳
    2025 (5):  2117-2129.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1090
    摘要 ( 102 )   HTML ( 1 )   PDF(2808KB) ( 8 )  

    储能-火电联合承担电力系统调频任务正逐步成为现代电力系统的常规运行控制模式。优化火电与储能调频资源的协同运行方式对现代电力系统的安全、经济运行具有重要意义,基于此提出了一种基于边际替代率分析的火电机组与储能调频备用容量配置方法。首先,建立了火电与储能协同承担调频任务的电力系统的频率响应模型。在此基础上,以区域控制偏差的均方根误差作为调频效果的评价指标,基于火电与储能调频备用的边际替代率分析,提出了一种火-储调频容量配置方法。该方法采用基于高斯过程的回归算法以降低配置计算复杂度,并利用多段拟合的方法生成火-储调频效果边际替代曲线,进而考虑常规机组与储能调频备用的不同价格,以最优成本为目标对不同类型的调频备用进行配置。通过基于真实系统实际日负荷波动的算例分析,验证了该方法的有效性。

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    储能技术经济性分析
    耦合低温余热的HP-ORC热泵储电系统热经济性能研究
    冯军胜, 严亚茹, 王璐, 赵亮, 董辉
    2025 (5):  2130-2140.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1102
    摘要 ( 103 )   HTML ( 4 )   PDF(2030KB) ( 13 )  

    针对钢铁行业低温烟气余热利用率低的现状,本文提出一种耦合低温余热的热泵-有机朗肯循环(HP-ORC)系统,并构建系统热力学模型和经济模型。设定R601a为热泵(HP)循环工质,并选取R1233zd(E)、R600a、R1336mzz(Z)、R1224yd(Z)作为有机朗肯循环(ORC)工质,研究不同ORC工质条件下HP冷凝温度、储热温度和ORC蒸发温度对HP-ORC系统热经济性能的影响。研究结果表明,降低HP冷凝温度、提高储热温度和ORC蒸发温度都可提高HP-ORC系统的功率效率(ηP2P)和㶲效率(ηex),而系统总的单位温度传热量(QUA)随着HP冷凝温度和储热温度的升高先减小后增大,随着ORC蒸发温度的升高而逐渐增大,且呈非线性增长的趋势。以工质R1233zd(E)为例,当HP冷凝温度升高2 ℃时,HP-ORC系统ηP2Pηex分别平均减小1.54%和0.58%;当储热温度升高2 ℃时,系统ηP2Pηex分别平均增加0.4%和0.15%;当ORC蒸发温度升高2 ℃时,系统ηP2Pηex分别平均增加0.93%和0.64%。当系统热力学参数相同时,ORC子系统中工质R1233zd(E)具有最大的ηP2Pηex,但采用R1233zd(E)作为ORC工质时系统经济性能相对较差,说明热力性能最好的工质可能不具有良好的经济性能。在实际操作过程中,存在适宜的热力参数和循环工质使得HP-ORC系统获得较大的ηP2Pηex和较小的QUA

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    储能学科建设
    学科交叉背景下储能科学与工程专业本硕博贯通培养实践
    李猛, 苟倩誌, 郑玉杰, 石万元, 付乾, 李俊, 李鸿乂, 孙宽, 廖强
    2025 (5):  2141-2148.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1141
    摘要 ( 80 )   HTML ( 11 )   PDF(3543KB) ( 14 )  

    储能技术在国家“双碳”战略和发展新质生产力实现能源结构转型的背景下愈发重要,高校教育培养储能专业的高素质人才变得尤为关键。储能科学与工程是涉及材料学、能源动力、物理学、化学和电气工程等学科的交叉学科专业,这对高校的传统教学模式和教学方法提出更高的要求。本文首先回顾了储能科学与工程专业的学科特点与发展现状。同时以重庆大学能源与动力工程学院储能科学与工程专业建设为例,介绍了该专业在本硕博阶段学生培养过程中开展学科交叉素养引导的重要性,分析了专业教学中知识结构单一、教学方法陈旧和培养模式落后等问题的主要原因。此外,根据交叉学科培养高素质人才的专业需求,阐述了在本硕博阶段学生培养过程中进行多学科交叉课程体系和前沿交叉课题牵引训练的新思路。最后,通过具体研究案例展示,着重分析进行前沿交叉课题的具体实施步骤及所取得的相关效果,阐明通过学科交叉的训练推动储能科学与工程专业发展的重要意义。

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