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    2018年, 第7卷, 第1期 刊出日期:2018-01-01 上一期    下一期
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    特约评述
     为全固态锂电池“正名”
    许晓雄,李泓
    2018 (1):  1.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0177
    摘要 ( 647 )   PDF(7470KB) ( 1350 )  
    全固态锂电池从20世纪50年代就开始研究,已历时半个多世纪。近年来,面向电动汽车应用的全固态锂电池终于开始从实验室走向产业化小批量制造。目前,在新型化学电源领域的各类公开场合“全固态锂电池”的出现频率越来越高,业内也基本形成了共识:全固态锂电池有望作为下一代动力电源进入市场,但究竟什么是全固态锂电池?相信也有很多人存在着困惑,为此,我们特写此文以求为全固态锂电池“正名”,以供大家参考。
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    特约文章
    2018年第7卷第1期目录
    2018 (1):  1. 
    摘要 ( 83 )   PDF(2602KB) ( 107 )  
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    热点点评
    锂电池百篇论文点评(2017.10.1—2017.11.30)
    金 周,詹元杰,陈宇阳,陈 彬,王 昊,赵俊年,武怿达,张 华,贲留斌,俞海龙,
    2018 (1):  8.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0180
    摘要 ( 522 )   PDF(14037KB) ( 1008 )  

    该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,我们以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2017年10月1日至2017年11月30日上线的锂电池研究论文,共3750篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了层状结构材料和高压尖晶石材料充放电过程中的结构演变和表面修饰作用。高容量的硅、硅基负极材料研究侧重于纳米材料、复合材料及反应机理研究。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。固态电解质方面制备方法和离子输运机理是研究重点,电解液添加剂的研究目标是提高电池充电至高电压时的稳定性。锂空电池、锂硫电池侧重于改进电池的循环性能。理论模拟工作包括材料体相、界面结构和输运性质,除了以材料为主的研究之外,针对电池分析、理论模拟和电池模型的研究论文也有多篇。

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    超级电容器百篇论文点评(2017.7.1—2017.12.15)
    郑 超,李林艳,陈雪丹,于学文,顾应展,吴奕环,丁 升,潘国林,周 洲,刘秋香,陈 宽,袁 峻,杨 斌,乔志军,傅冠生,阮殿波
    2018 (1):  20.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0171
    摘要 ( 453 )   PDF(18232KB) ( 806 )  
    该文是一篇近5个月的超级电容器文献评述,我们以“supercapacitor”为关键词检索了Web of Science从2017年7月1日至2017年12月15日上线的超级电容器研究论文,共1400余篇,选取了其中100篇加以评论。双电层超级电容器主要研究了新型多孔碳材料、石墨烯、碳纳米管等材料可控制备对其性能的影响。赝电容超级电容器的研究主要集中在金属氧化物复合材料、导电聚合物复合材料、杂质原子掺杂碳材料和新型赝电容材料等4个方面。混合型超级电容器包括水系混合型超级电容器和有机系混合型超级电容器两个方面的研究。
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    学术争鸣
    可充金属锂负极,路在何方?
    艾新平
    2018 (1):  37.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0178
    摘要 ( 564 )   PDF(2301KB) ( 1304 )  
    编者按:随着新能源汽车和储能的发展,业界屡屡出现诸如“石墨烯电池”、“充电8分钟续航1000公里”等概念不明、误导大众、混淆视听的言论,为了以科学的精神传播学术和技术研究,在第二届编委会的建议下,《储能科学与技术》于2018年第1期开始设立“学术争鸣”栏目,旨在活跃学术气氛,开展学术讨论,促进学科的深入研究,栏目主编为武汉大学艾新平教授。本栏目欢迎对已发表的学术论文观点进行质疑,也欢迎广大作者对各个领域的科技问题进行开创性的学术探索,文章以笔名或实名发表均可,期待您的参与!
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    研究及进展
    六水氯化钙基无机水合盐相变储能材料的研究进展
    张新星,周 园,李 翔,申 月,海春喜,董欧阳,任秀峰,曾金波,孙艳霞,王石军,杨小波
    2018 (1):  40.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0104
    摘要 ( 217 )   PDF(8773KB) ( 270 )  
    六水氯化钙适宜的相变温度(29 ℃)、较高的相变焓值(191 J/g左右)、原料廉价易得和安全无毒等诸多优点,在未来中低温物理储能领域有着巨大的应用潜力。但它同时具有过冷、相分离和易泄露等典型缺陷,因而限制了它的应用。一般地,成核剂和相分离剂被用来解决过冷和相分离问题,微胶囊和多孔基吸附用来解决泄露问题,这些研究在抑制缺陷方面取得了良好的进展,但进一步的性能改善仍然有待探索。本文综述了六水氯化钙......
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    熔盐纳米流体的研究进展
    陈 虎,吴玉庭,鹿院卫,马重芳
    2018 (1):  48.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0131
    摘要 ( 360 )   PDF(9135KB) ( 239 )  
    熔盐纳米流体是在熔融盐的基础上加入纳米颗粒所形成的一种传蓄热流体,能显著地增强熔融盐比热容及导热系数,降低熔融盐黏度,对于增大储热密度、降低蓄热成本具有重要的意义,因此成为了国内外研究新型中高温传蓄热介质的关注热点。为了对熔盐纳米流体的进一步研究提供方向。本文主要总结了近几年国内外对熔盐纳米流体的最新研究进展:包括熔盐纳米流体的制备方法、热物性及对流传热的研究;并提出了熔盐纳米流体未来需要解决的技术难题。
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    导电碳修饰隔膜在高硫载量锂硫电池中的作用
    裴海娟,郭 瑞,李 永,刘 雯,陈珠君,王 勇,解晶莹
    2018 (1):  56.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0053
    摘要 ( 249 )   PDF(9835KB) ( 356 )  
    研究了分别以乙炔黑、科琴黑、Super P、气相生长碳纤维、石墨烯、碳纳米管、XE-2为正极侧修饰层的隔膜对高硫载量(5.4 mg/cm2)锂硫电池电性能的影响。XE-2、Super P、石墨烯、科琴黑、气相生长碳纤维涂覆隔膜有助于提高隔膜正极侧的保液能力和导电能力;石墨烯、Super P涂层对多硫化锂有很好的阻挡、吸附作用。涂覆石墨烯的隔膜装配的电池的首次放电比容量可达1007 mA·h/g,远远高于采用空白隔膜的电池(340 mA·h/g),循环100次后放电比容量为539 mA·h/g,仍然高于采用空白隔膜的电池(399 mA·h/g)。
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    高质子选择性的SPEEK/SGO质子交换膜制备及钒电池应用
    刘金宇,李 丹,王丽华,韩旭彤,黄庆林
    2018 (1):  66.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0148
    摘要 ( 395 )   PDF(8121KB) ( 204 )  

    质子交换膜作为钒液流电池的关键材料之一,其质子选择性决定钒电池的最终性能。本文对氧化石墨烯(GO)进行磺化改性得到其衍生物GO-SO3H(SGO),以SPEEK为基质,通过掺杂方式制备一系列质子交换膜(SPEEK/SGO,简写为S/SGO),对膜的含水率、离子交换容量、面电阻、质子电导率、钒离子渗透率、力学性能以及耐氧化性进行表征,并研究不同SGO含量共混膜的相关电池性能。SEM显示SGO在SPEEK基质中可较好分散,并且,SGO的加入提高了吸水率和质子电导率,S/SGO-1膜的质子选择性[14.14×104 (S·min)/cm3]比SPEEK膜[8.49×104 (S·min)/cm3]提高了66.5%。在50 mA/cm2电流密度下电池性能测试中,S/SGO-1膜的能量效率达到87.8%,自放电时间可达78 h,是Nafion115膜(30 h)的2.6倍。

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    铅酸电池开路电压的测量及其与累积放电量的关系
    王 曦,伍联营,张伟涛,胡仰栋
    2018 (1):  75.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0120
    摘要 ( 384 )   PDF(4019KB) ( 387 )  

    铅酸电池开路电压与累积放电量的关系是铅酸电池模型的基础,对电池内电化学反应、传质过程等研究有重要意义。用恒流放电法测得了30次放电过程中电压和累积放电量的数据;提出了一种基于实验数据拟合外推获得开路电压的方法,由此获得的开路电压比传统方法更合理;基于电极反应速率和电解质浓度的平方成正比的假设,推导了开路电压-累积放电量的分段线性关系模型,并用遗传算法对模型参数进行了关联,结果与实验数据吻合良好。

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    用户侧分布式储能系统接入方式及控制策略分析
    李建林,靳文涛,徐少华,魏达
    2018 (1):  80.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0147
    摘要 ( 422 )   PDF(8354KB) ( 441 )  
    分布式储能系统在电力用户侧中的应用日益广泛,且应用场景多样化,对于电网来说是潜在的优良资源。然而其容量小、数量多、分布不均衡、单机接入成本高、系统操作及管理困难,给电网的规划运营带来了日益严峻的挑战和技术难题。本文就用户侧中的分布式储能典型应用模式及接入方式进行介绍,阐述各应用场景下分布式储能的应用模式和方案,并分析了典型应用场景下的分布式储能运行效果。通过对分布式储能系统技术形态和载体的分析,可为进一步研究分布式储能汇聚协调控制技术提供理论指导。
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    基于优化调度的用户侧电池储能配置及控制方法
    林俊豪,古雄文,马 丽
    2018 (1):  90.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0144
    摘要 ( 208 )   PDF(7939KB) ( 236 )  
    为提高用户侧电池储能系统的经济性及使用寿命,提出一种基于能量优化调度的储能配置及控制方法。首先,建立用户侧储能应用的成本及收益的经济性分析模型,综合考虑电池容量在不同最大放电深度下的衰减特性,以及负荷与可再生能源发电的不确定性,得到净收益最佳的储能容量配置方案。其次,在运行阶段,采用模型预测控制进行能量管理,跟踪设备出力变化,求解系统的最优调度决策,以保证用户收益及电池循环寿命。算例分析比较了数种类型电池,包括梯次利用电池的经济性,体现了所提储能联合规划与运行方法对优化用户侧储能经济价值的重要性。
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    用于提升风电场短期功率预测准确率的储能系统出力控制策略
    李娜,白恺,柳玉,王开让,巩宇,董建明
    2018 (1):  100.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0130
    摘要 ( 405 )   PDF(6377KB) ( 386 )  

    目前对于储能系统应用于平抑新能源发电的波动性、移峰填谷等场景的控制策略已有文献研究,但对于风功率预测准确率影响风电场效益的机制下储能系统应用的可行性尚未见研究。本文提出了一种以减小风电场短期功率预测偏差为目标的储能系统出力控制策略,控制策略以风电场实时出力数据(秒级)为数据源,采用线性外推加以移动平均优化的方法预测下一时刻风电场出力,通过比较风电场短期功率预测值与实时预测值,计算储能系统期望出力,并根据储能系统不同SOC区间内的出力能力进行约束,输出储能系统出力指令,最后进行了仿真验证。结果表明,本文提出的储能系统出力控制策略,能够使风电场通过配置储能系统,减少短期功率预测准确度考核,对风电场的精益化运行具有指导意义。

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    超级电容器大电流充放电温度场和安全性分析
    李 宇,杜建华,皇甫趁心,涂 然,张认成
    2018 (1):  108.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0128
    摘要 ( 265 )   PDF(8609KB) ( 218 )  
    超级电容器在进行大电流的充放电过程中,内部会迅速产生大量的热量,温度过高会引发安全事故。本文采用有限元热分析方法,首先通过剖析卷绕式超级电容器的结构组成,对结构进行假设简化,再分析非稳态导热微分方程,建立了三维有限元热分析模型。本文研究在常温(25 ℃)下,以20 A电流对超级电容器进行充放电,得到超级电容器内部的温度分布云图,核心区温度最高,负极柱区域温度比正极柱区域温度高;选取超级电容器的正极柱、负极柱和内部核心区域作为观测点,改变电流大小,观测温度随时间变化的情况;增大充电电流,当充电电流一定时,内部核心每升高100 ℃所需要的时间在逐渐减少;随着充电电流的增大,可以看到超级电容器内部核心升温加快。当超级电容器以瞬时大电流工作时,内部核心可以在较短的时间内达到几百摄氏度,应当采取降温措施避免安全事故发生。
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    商业超级电容器在不同工作模式下的稳定性
    郑富慧,李艳霞,王旭升,刘大鹏
    2018 (1):  114.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0117
    摘要 ( 280 )   PDF(4383KB) ( 285 )  

    在额定电压(2.7 V)和过电压(3.0 V)下分别采用恒流循环、恒压充电、恒流与恒压交替模式对商用超级电容器进行老化,并且对老化后的器件进行容量、阻抗等电化学性能的比较。结果表明:① 持续恒压模式下器件的净放电容量大于额定电容量10 F,净放电能量大于25 mW·h,均远超过其它两种工作模式;② 恒流模式下的器件电容量小于10 F,但是其电阻增大幅度和容量衰减幅度均最小,这表明恒流性能最差但可以延长使用寿命且受高电压损伤相对较小;③ 恒流与恒压交替模式下工作的器件等效内阻达37.6 mΩ(初始最大值为30 mΩ),同时高于其它两种模式,可见双模对电容器的性能伤害最大,且受电压影响最大。建议合理选择工作模式,从而降低储能成本。

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    空冷型PEMFC阳极排气方法实验研究
    朱晓舟,陈民武,刘湘东,赵航飞,韩明
    2018 (1):  118.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0091
    摘要 ( 300 )   PDF(3901KB) ( 311 )  
    针对固定周期排气和安时积分排气两种阳极排气方法,对自制的空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行实验研究。在高负载情况下研究了不同目标安时积分值对电堆输出稳定性的影响,并确定了最佳目标安时积分值为100 As。在变负载情况下对两种排气方法的电堆输出性能和氢气消耗量进行了探究。相较于固定周期排气,安时积分排气在保证电堆良好输出性能的同时,大幅降低了氢气消耗达30%。
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    基于LabVIEW的PEMFC单电池电压巡检系统设计
    朱晓舟,陈民武,刘湘东,赵航飞,韩明
    2018 (1):  123.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0108
    摘要 ( 324 )   PDF(3666KB) ( 270 )  
    本文设计了一套基于数据采集硬件模块和LabVIEW软件模块的质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池电压巡检系统。该系统实现了对单电池电压数据的实时检测、显示及存储,准确度高,抗干扰能力强,有效保障了PEMFC电堆的稳定运行。以实验室自制的阴极开放式PEMFC为实验平台,证明了本系统良好的测试精度与稳定性。
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    车用动力锂电池产热特性分析与优化
    金标,姜斌,刘方方,姜炳春
    2018 (1):  128.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0140
    摘要 ( 213 )   PDF(7317KB) ( 481 )  
    为研究各散热因素对单体动力锂电池散热综合能力的影响,建立了电池三维瞬态产热数学模型,利用有限元法模拟仿真了充电工况下电池温度场分布并进行了实验验证,同时基于有限元仿真热模型及温度仿真结果采用正交实验法对电池表面散热能力的各影响因素重要度进行了计算分析,得到了最佳影响因素组合,并进行了数值仿真验证。结果表明了有限元仿真热模型可信。充电电流重要度(0.54)>环境温度重要度(0.21)>对流换热系数重要度(0.15)>热辐射系数重要度(0.05)对电池散热的影响程度。优化后的电池散热性能比优化前得到提高。虚拟正交实验法在电池散热方案设计中具有实际应用价值。
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    全钒液流电池动态建模
    沈海峰,朱新坚,曹弘飞,邵孟陈
    2018 (1):  135.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0074
    摘要 ( 269 )   PDF(4258KB) ( 293 )  
    建立了一个全面描述钒电池的电化学反应、泵损和电解液温度变化的零维动态模型,此模型包括三个子模型:电化学模型、机械模型和热力学模型。电化学模型综合考虑了浓差、活化、欧姆和离子等极化损失以及钒离子的交叉渗透。仿真结果表明,随SOC变化的电堆电压仿真值与实验值之间的平均绝对百分误差为6.84%,验证了模型的准确性。通过仿真结果研究了电流、电解液流量和温度等操作条件对电池充放电特性的影响。
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    锌银贮备电池加速寿命试验方法研究
    赵保国,李克锋,王冠,刘虹,史佳超,尤梅,张晓霞,谢巧
    2018 (1):  141.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0065
    摘要 ( 294 )   PDF(4639KB) ( 358 )  

    本工作通过比较不同存储期锌银电池中AgO的热力学特性、容量特性,研究AgO热稳定性以有效评价该类电池满足或拓展存储期限的可行性。本工作提出从不同恒速升温条件下的DSC曲线峰温和峰温时的反应深度计算/确定AgO分解反应动力学因子E、A的方法。建立数学模型,估算不同温度条件下锌银电池贮存期限并计算不同存储期锌银电池容量年衰减率,与不同温度下加速升温容量衰减率进行比较,最终确定适用于锌银电池加速寿命试验方法。

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    储能标准与规范
    锂电池术语(草案)
    曹林,孙传灏,袁中直,张若楠,苏育专,张寿波,张新河,俞会根,郑杰允,李泓
    2018 (1):  148.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0172
    摘要 ( 696 )   PDF(4849KB) ( 1808 )  
    结合国内外历史尚和当前的用词习惯,本文对锂电池在研究和开发中常见的定义、术语、名词进行了归纳、整理,部份容易引起歧义的进行了解读。相关文件已提交中华人民共和国工业和信息化部电子行业信息标准中全国碱性蓄电池标准化技术委员会。本文为草案,非正式发布文本,标注部分将不会出现在正式发布的文件中,请以正式发布文本为准,本文仅供参考。
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