储能科学与技术

碳纳米管在柔性储能器件中的应用进展

刘芯言, 彭翃杰, 黄佳琦, 张强, 魏飞

2013 (5): 433-450. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.001

摘要 ( 687 )

PDF(45990KB) ( 647 )

碳纳米管具有本征sp²共价结构所带来的优异导电,导热及力学性能,并在锂电池,超级电容器等储能体系中具有广泛的应用前景.本文回顾了碳纳米管柔性储能的背景,介绍了碳纳米管优异的性能,独特的结构.这种一维的管状结构既可以作为柔性电极中的支撑骨架,也可以构建优越的长程导电网络,提供能源存储活性位点,进而提高柔性器件的性能.本文详细评述近年来碳纳米管在柔性超级电容器,锂离子电池,锂硫电池等能源存储元件应用中的一些最新进展和研究热点,其中柔性超级电容器,锂离子电池方面研究比较成熟,而锂硫电池尚在起步阶段,预期会取得快速进步.文章介绍了电极构建途径及性能评估方法,展示了碳纳米管基柔性储能器件的进展,并展望了其未来发展方向.

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相变材料用于锂离子电池热管理系统的研究进展

凌子夜, 方晓明, 汪双凤, 张正国, 刘晓红

2013 (5): 451-459. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.002

摘要 ( 898 )

PDF(8952KB) ( 347 )

良好的热管理系统是电池安全及高效使用的保证,电池的热管理需要确保电池温度在安全温度范围以及电池组内最大温差不超过5 ℃.传统的热管理方式,如空气冷却,不仅需要额外的动力输入,而且越来越不能满足高能量密度的新型锂离子电池的热管理需要.使用相变材料的电池热管理系统,利用相变材料的相变潜热吸收电池产生的热量,在不使用外界功耗的条件下,可以长时间保持电池的温度在适宜的范围内.通过与膨胀石墨,金属泡沫复合,相变材料的热导率可以大大提高,电池组内体系温度均匀性可以满足工作要求.而且,相变材料的形状不固定,可以使用在任意形状的电池上.被动式热管理是应用于电池热管理系统中最具前景的技术.

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风场储能系统的设计及控制综述

任惠, 范雯惠, 米增强

2013 (5): 460-467. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.003

摘要 ( 452 )

PDF(7068KB) ( 251 )

随着风力发电大规模入网,其随机性,波动性和间歇性特征对电力系统调频,调峰等有功平衡手段及电压稳定的影响越来越严重.储能系统能够在一定程度上控制风场的输出功率,平抑风电功率波动,改善风机低电压穿越能力,甚至为系统提供辅助服务,是从风场侧提高系统对风电的接纳能力的可行解决方案之一.作者在简要的介绍了风场储能技术应用现状的基础上,重点针对储能型风场内蓄电池储能系统的设计方案,容量优化及控制策略的研究现状及关键问题进行综述及探讨.

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锂电池百篇论文点评(2013.6.1--2013.7.31)

徐凯琪, 林明翔, 唐代春, 董金平, 孙洋, 闫勇, 陈彬, 王昊, 贲留斌, 黄学杰

2013 (5): 468-479. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.004

摘要 ( 583 )

PDF(12850KB) ( 406 )

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2013年6月1日至2013年7月31日上线的锂电池研究论文,共有951篇,选择其中100篇加以评论.层状氧化物正极材料的热稳定性,循环过程中的结构相变以及产气问题受到人们关注,高电压的尖晶石结构LiNi_0.5M_1.5O₄在高压下与电解液的匹配以及添加剂的使用也受到人们较多的关注.高容量的Si基负极材料一直是研究的热点,本阶段碳材料与锡,氧化物复合负极,电解液添加剂,锂硫电池正极和锂空气电池均有多篇研究论文发表,理论模拟工作扩展到固体电解质,SEI,硅负极嵌锂过程等.除了这些以材料为主的研究之外,针对电池的原位分析和电池模型应用的研究论文大量出现.

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高温填充床相变储热球的储热特性

李传, 孙泽, 丁玉龙

2013 (5): 480-485. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.005

摘要 ( 628 )

PDF(4954KB) ( 746 )

基于高温相变材料,对填充床储热系统中储热单元球体的储热性能进行了模拟研究.研究了不同传热流体温度和球体直径对球体储热性能的影响规律,对导热为主的相变储热过程与导热和自然对流共同作用的相变储热过程进行了比较分析,同时还探讨了高温辐射换热的影响.结果表明,相变时间随球体直径的增大而增大,随传热流体温度的增大而减小.当考虑相变区域自然对流时,总的相变时间显著减少,和单纯导热相比,完全相变时间缩短了近16%.在导热和自然对流的基础上加上辐射传热后可以看出,辐射换热强化了球体内的传热过程,加快了相变材料的熔化速度,强化了自然对流的作用.

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全钒电池系统部分失效运行模式

李蓓, 陈继忠

2013 (5): 486-490. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.006

摘要 ( 470 )

PDF(4203KB) ( 569 )

围绕全钒电池系统在部分失效条件下如何保持正常运行全面展开实验验证与理论分析.从电池系统结构组成角度分析了导致全钒电池系统失效的若干情况,并借助实验模拟和实验数据统计分析,总结归纳出全钒电池系统在部分失效条件下的运行特性,从而提出采用降额定功率与倍额定功率两种部分失效运行模式.研究证实该两种运行模式对系统运行效率无显著影响,是实现全钒电池储能系统在部分失效紧急情况下仍能保持正常运转的合理操作.

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三维网状石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

刘艳云, 张东

2013 (5): 491-495. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.007

摘要 ( 803 )

PDF(3745KB) ( 739 )

以氧化石墨为原料,采用电化学还原和超声剥离法制备了三维网状石墨烯,电化学法是在交变场中用方波实现的,最终制得的石墨烯具有明确的三维连通多孔网络结构,孔的大小在亚微米至数微米之间,孔壁由非常薄的石墨烯片堆积而成.用该材料做超级电容器电极材料,用循环伏安法,恒流充放电,交流阻抗法测试电极的电容性能,当扫描速率为10 mV/s时,电容器比电容为140 F/g,等效电阻小于1 Ω,三维网状石墨烯具有性能稳定,充放电效率高,循环性能好,适合于大电流充放电等优良性能.

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SMES用电流型变流器直接电流控制设计与仿真

宋萌, 刘洋, 曹昆南, 唐跃进, 王达达, 石晶

2013 (5): 496-502. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.008

摘要 ( 466 )

PDF(6060KB) ( 480 )

主要研究超导磁储能系统(SMES)用电流型变流器的控制策略.首先为了简化传统三逻辑PWM控制的结构,改进了电流型变流器的主电路拓扑.在此基础上,提出了基于比例谐振微分(PRD)控制的直接电流控制策略.PRD控制既可实现对交流量控制的零稳态误差,又可增大系统阻尼,降低输出的超调量和调节时间,提高系统的响应速度,进而控制SMES与电网之间的实时功率交换.理论分析及MATLAB仿真结果验证了所提出的PRD控制策略具有良好的动态和稳态性能.

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锂电池基础科学问题(V)----电池界面

郑杰允, 李泓

2013 (5): 503-513. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.009

摘要 ( 1353 )

电池中固液界面的性质对锂离子电池充放电效率,能量效率,能量密度,功率密度,循环性,服役寿命,安全性,自放电等特性具有重要的影响.对界面问题的研究是锂离子电池基础研究的核心.本文小结了锂离子电池电极表面固体电解质中间相(SEI)形成机理及对其组成结构的认识,介绍了近年来对锂离子输运机制,SEI膜改性研究以及透射电镜(TEM)及原子力显微镜(AFM)中力曲线等实验技术来分析SEI膜的形貌,厚度,覆盖度及力学性能等实验方法.

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电化学应用(Ⅰ)----铅酸蓄电池的发展及其应用

廖斯达, 贾志军, 马洪运, 吴旭冉, 王保国

2013 (5): 514-521. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.010

摘要 ( 862 )

PDF(7336KB) ( 533 )

铅酸蓄电池(以下简称铅酸电池)从问世至今已有150多年的历史,因其成本低,易于制造,型号多,易维护或免维护,浮充寿命长,使用安全,单电池电压高等独特优势,长期以来被广泛应用于社会生产和生活的多种场合.铅酸电池技术发展经历了漫长的历史过程,本文通过回顾铅酸电池的发展历史,从铅酸电池原理确立和技术演化两个方面进行讨论,从铅酸电池使用到回收的全生命周期过程进行全面评价与分析.在此基础上,展望铅酸电池的未来发展方向和应用前景,为新型电化学储能技术的提供借鉴.

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锂离子电池一致性分选方法

王永琛, 倪江锋, 王海波, 高立军, 胡道中, 王子冬

2013 (5): 522-527. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.011

摘要 ( 801 )

PDF(5760KB) ( 1351 )

锂离子电池因其高能量密度和长循环寿命而得到广泛应用.然而当多个电池通过串联或者并联成组时,电池组往往存在容量衰减过快,寿命较短的问题,这是由于电池单体之间的非一致性而造成的.如何利用简单,可靠的分选方法,筛选出性能尽可能一致的电池用来成组,对锂离子电池在大规模储能中的推广应用具有重要的科学与实践意义.该文综述了目前国内外锂离子电池一致性的分选方法,包括各方法的机理特点,并且简单介绍了作者课题组在这方面的研究进展.采用阻抗谱方法或许是建立准确,快速的评价体系和提高配对电池的一致性的有效分选方法.

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固-液相变储能及其在水下运载器驱动上的应用

马捷, 孔巧玲, 刘雁集

2013 (5): 528-534. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.012

摘要 ( 428 )

PDF(6545KB) ( 540 )

物质在物相变化过程中由环境吸收热量或冷量,也可以向环境放出热量或冷量,以实现能量储存和释放.固-液相变储能过程具有较大的承压能力.利用海洋温差能驱动的水下滑翔机工作在几百米深的海水中,承受巨大的外界海水压力,选用固-液相变材料作为感温工质-储能材料,可以保证相变储能动力系统稳定可靠地工作.利用固-液相变储能机理运行的水下机器人即水下滑翔机,不需要自带能源而吸取海洋温差能获得驱动力.本文阐述相变储能机理,回顾相变储能研究的发展.以赤道附近海域为例,以水下热滑翔机相变换热管为分析对象,说明了固-液相变储能过程在水下运载器驱动上的应用.

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基于蒙西地区风电特性的CAES电站的设计与研究

楚攀, 贾斌, 王蕊, 樊泽国

2013 (5): 535-542. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.05.013

摘要 ( 447 )

PDF(6125KB) ( 743 )

内蒙古自治区陆上风能资源总储量达到了1380 GW,其中技术可开发量为380 GW,几乎占全国风电资源的一半.风力发电负荷已经占到内蒙古电网负荷的20%以上.针对这种情况,对大规模风电并入内蒙古电网进行了研究.在此研究基础之上,为了更有效的利用风电资源,设计了一台压缩空气储能电站.该压缩空气储能电站可以利用风电场夜晚的弃风电量进行储热,为白天的运行提供部分热源.最后,从热耗率,充电比与发电效率三方面对压缩空气储能电站进行了分析,研究结果表明,更高的储气压力和更大的储气容量能够得到更好的发电效率.

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从电动汽车动力系统到大容量工业储能体系——专访上海交通大学特聘教授、中聚电池研究院院长马紫峰

2013 (5): 543-546.

摘要 ( 387 )

PDF(866KB) ( 394 )

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