储能科学与技术

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2022 (1): 0.

摘要 ( 114 )

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TiO₂改性的CaCO₃热化学储热的反应性能

徐钿昕, 田希坤, 闫君, 叶强, 赵长颖

2022 (1): 1-8. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0281

摘要 ( 383 )

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CaCO₃/CaO热化学储热体系在清洁能源发电领域具有广阔的应用前景，有助于尽早实现碳达峰、碳中和。本文通过物理混合法制备了掺杂TiO₂的CaCO₃/CaO复合储热材料，系统研究了TiO₂掺杂对CaCO₃/CaO循环稳定性和储/放热过程中反应性能的影响。实验结果表明：在掺杂摩尔比为100∶2.5(Ca∶Ti)时，复合材料展现出了最佳的循环稳定性，15次循环后的转换率为对照组的1.65倍。表征结果显示，最佳掺杂比例的CaCO₃-TiO₂复合储热材料具有更小的粒径和更发达的孔隙，因而在循环过程中具备更好的抗烧结能力。在碳酸化放热过程中，CaCO₃-TiO₂-2.5在高温区(750 ℃和800 ℃)有更高的反应转换率和放热/储热焓值比例，但由于复合材料中CaCO₃的含量下降，其储热、放热的焓值有所下降。此外，在等温储热分解过程中，N₂气氛下TiO₂掺杂可提升反应速率、减少反应时间；CO₂气氛下TiO₂掺杂可降低起始分解温度，促使反应更早开始与结束。而在非等温储热过程中(10 ℃/min)，CO₂气氛下TiO₂掺杂可将纯CaCO₃的起始分解温度从897.16 ℃降至870.92 ℃。综上，TiO₂改性对CaCO₃/CaO储热技术的实际应用具有深远意义。

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In元素对Sn-Bi-Zn传热储热合金高温容器相容性的影响

王青萌, 刘志, 程晓敏, 程千驹, 吕泽安

2022 (1): 9-18. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0355

摘要 ( 237 )

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合金材料与容器壳体的相容性是影响传热储热系统使用寿命的重要因素之一。本文选用前期开发的Sn-Bi-Zn系传热储热合金，添加In元素进行改性，研究700 ℃下液态合金对20碳钢、304不锈钢、316不锈钢结构材料的腐蚀作用。实验采用恒温全浸泡腐蚀法，通过扫描电子显微镜(FE-SEM)和EDS光谱仪分析腐蚀前后合金基体和容器材料的微观形貌和元素分布，采用差示扫描量热法(DSC)和激光闪光法(LFA)研究了样品腐蚀前后的热物性。腐蚀动力学表明，实验结果符合抛物线规律，扩散系数依次为D(20C)>D(304)>D(316)。腐蚀过程中由于钢片中元素的溶解以及基体合金元素的扩散消耗，使得合金基体的热导率略有增加。机理分析表明，In元素氧化反应的吉布斯自由能比容器材料中元素的小，可在腐蚀界面处形成氧化层，防止容器材料的溶解腐蚀和氧化腐蚀。

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谷电利用复合石蜡蓄热材料的制备及供暖墙体构造实验

杨慧慧, 曾立, 汤波, 王小青, 陆勇

2022 (1): 19-29. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0358

摘要 ( 275 )

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针对石蜡作为相变蓄热材料导热性能差、供热能力不足的问题，向石蜡中添加膨胀石墨(EG)制备导热性能增强的复合相变材料(PCM），探讨EG与石蜡的配比对复合PCM热性能的影响。测试结果表明，当EG质量分数达到12%时，复合PCM的导热系数提升至纯石蜡的12倍，相变潜热从纯石蜡的190.8 J/g减小至152.1 J/g，相变温度略微降低，总体处于62 ℃，上下波动约0.43 ℃。综合考虑导热性能和蓄热密度，选择导热系数为3.059 W/(m·K)、潜热为159.8 J/g的8%(质量分数)复合PCM作为蓄热材料。针对传统供暖装置需占用室内空间的不足，基于模块化思想设计出谷电相变蓄热单元和装配式谷电蓄热墙体模块，介绍其构造思想及安装方法。对纯石蜡与8%EG/石蜡在蓄热单元中的蓄/放热过程进行了实验研究，结果表明应用复合PCM后，蓄热效率从纯石蜡的93%提高至97%，放热效率从67.92%提高至84.65%。在当前江苏省峰谷电价背景下，该墙体模块用于南京地区一供热面积为1500 m²的办公楼的投资回收期约为14年，在20年运行期限内的净现值约为13.91万元，具有一定的应用可行性，但投资回收期较长、年收益较低。

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六水硝酸镁-硝酸锂共晶盐/膨胀石墨复合相变材料的制备及性能强化

次恩达, 王会, 李晓卿, 张英, 张振迎, 李建强

2022 (1): 30-37. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0361

摘要 ( 373 )

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采用熔融共混法在六水硝酸镁中掺入不同质量分数的硝酸锂成功制备了六水硝酸镁-硝酸锂共晶相变材料。六水硝酸镁-硝酸锂共晶盐的共晶点在质量比85∶15附近。利用差示扫描量热仪得到了共晶相变材料的相变温度为72.46 ℃，相变潜热为193.7 kJ/kg，通过步冷曲线测得共晶盐的放热平台明显且过冷度小于1.5 ℃，X射线衍射测试表明共晶盐中六水硝酸镁和硝酸锂并未发生化学反应。经过数次冷热循环，共晶盐的相变温度变化小且未出现相分离现象，稳定性较好。由于共晶相变材料的吸光能力弱，采用添加膨胀石墨来提高共晶相变材料的光热性能。本工作获得的相变材料具有合适的相变温度以及较高的潜热值，解决了六水硝酸镁的相变温度与供热末端温区不匹配的问题，并且具有较好的光吸收能力，可作为建筑采暖末端为散热器的太阳能清洁供暖系统等领域的候选材料。

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Nb₂C MXene衍生Nb₂O₅多层纳米片的快速合成及其在锂离子电容器中的性能

王鑫, 胡培, 周远明, 徐进霞, 蒋妍

2022 (1): 38-44. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0559

摘要 ( 446 )

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近年来，随着电动汽车和储能领域的快速发展，锂离子电容器(LICs)因其高功率密度和相对较高的能量密度而备受关注。五氧化二铌(Nb₂O₅)因具有高容量和优异的倍率性能等特点，而成为最重要的负极材料之一。然而，目前报道的Nb₂O₅基负极材料的合成均需要复杂的制造工艺或做特殊处理。因此，本工作开发了一种通过氧化多层Nb₂C MXene材料快速合成多层Nb₂O₅纳米片的方法。借助X射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜技术(SEM)、比表面积分析、X射线光电子能谱(XPS)和电化学技术等测试表征手段，对所制得的多层Nb₂O₅纳米片进行了表征。在高温煅烧的初始阶段，前驱体由Nb₂C MXene材料转变为正交Nb₂O₅(T-Nb₂O₅)，并保留了MXene材料的多层纳米片微结构。随着烧结时间的增加，转变为由伪六方Nb₂O₅(TT-Nb₂O₅)纳米颗粒组成的纳米片结构。与TT-Nb₂O₅纳米颗粒相比，多层T-Nb₂O₅纳米片电极显示出更高的比容量和更优异的倍率特性。同时，T-Nb₂O₅电极在半电池和锂离子混合电容器中都表现出优秀的循环性能。多层T-Nb₂O₅材料更加优异的储锂性能可能源于其多片层结构、准二维锂离子扩散通道和快速赝电容响应能力三者的协同作用。

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废磷酸铁锂正极材料资源化回收工艺

王子璇, 李俊成, 李金东, 易娟, 石霖, 吴旭

2022 (1): 45-52. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0388

摘要 ( 767 )

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废磷酸铁锂电池的回收处理是目前的行业焦点。针对废磷酸铁锂电池回收工艺过程复杂、二次废料过多、成本高等问题，提出了一条基于固相电解技术的电化学法回收工艺路线，降低了次生污染的风险，实现了废磷酸铁锂电池高产率低成本回收。工艺采用磷酸体系电解和分步沉淀的方法，制备二水合磷酸铁和磷酸锂。开展了电解过程中的参数优化和沉淀分离的因素研究，重点分析了电解电压、磷酸电解液浓度及电解前浸泡时间等参数对铁、锂浸出率的影响规律。研究结果表明，电解电压为2.5 V，磷酸电解液浓度为0.6 mol/L，先浸泡60 min后电解30 min处理过后，锂离子浸出率为95.6%，铁离子浸出率为91.3%。通过氨水控制溶液pH分步沉淀二水合磷酸铁和磷酸锂，二水合磷酸铁的回收率可达98.8%，锂离子的回收率可达99.4%。

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锂离子电池原位光学显微观测

高金辉, 陈英龙, 孟繁慧, 丁美超, 王莉, 许刚, 何向明

2022 (1): 53-59. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0212

摘要 ( 559 )

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原位光学显微装置越来越多地用于锂离子电池微观行为的观测。本文采用原位光学显微系统对软包装锂离子电池充放电过程中极片厚度和形貌变化进行了原位观测，采集了电压-电流曲线、极片厚度变化曲线和负极片形貌变化图像的同步测试数据，并以此研究了不同比例石墨/氧化亚硅复合负极嵌锂时的电化学及物理行为，随着氧化亚硅含量增加，极片满电厚度膨胀率增加，当氧化亚硅含量为12%时，满电极片的负极材料层与集流体发生脱离，与电池循环性能较差具有相关性；此外，本文还研究了不同充电电流对锂枝晶的影响，较小电流(0.05 C，电流密度0.2 mA/cm²)充电时，锂金属负极表面沉积较细的胡须状的锂枝晶，而较大电流(0.25 C，电流密度1.0 mA/cm²)充电时，则形成了较粗的树枝状锂枝晶。

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色谱质谱技术在锂离子电池研究中的应用

麻姗姗, 方婷婷, 杨刘倩, 胡淑婉

2022 (1): 60-65. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0208

摘要 ( 645 )

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综述了色谱质谱技术在锂离子电池领域的研究进展。锂离子电池基于其绿色、性能优良等优点已广泛应用在电动汽车、储能、手机等方面。作为电动汽车的核心零部件之一，锂电池的性能很大程度上决定了电动汽车的技术水平，锂离子电池的电性能、安全性能、稳定性等直接影响了电动汽车的运行状态。为进一步提高锂离子电池的性能，充放电过程中的产物生成分析和机理分析是关键，而产物的准确检测是保障分析结果准确性的关键因素之一。本文从三个方面介绍了色谱和质谱技术在锂电池的应用，包括：①利用TOF-SIMS和LC-IT-TOF-MS进行固体电解质中间相（即SEI膜）成分和电解液老化产物分析；②通过TOF-SIMS等联用技术对不同形态石墨中SEI膜成分和形态分析；③通过GC-MS技术研究了锂电池滥用条件下的产气情况和不同材料体系产气组分的差异。

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木质素作为锂离子电池电极材料的研究进展

李鹏辉, 吴彩文, 任建鹏, 吴文娟

2022 (1): 66-77. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0275

摘要 ( 1016 )

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木质素是地球上储量充足的芳香族高聚物，结构中富含羟基、羧基、醚基等多种官能团。这些官能团的存在允许选择性的修饰这种复杂的化合物。木质素是制浆造纸工业的副产品，成本便宜、来源广泛，通过简单温和的化学活化制备的多孔木质素基碳已成为环境净化、电催化和储能领域的研究热点，尤其是作为锂离子电池的负极材料。本文简要介绍了锂离子电池的储能机理及特点，总结了木质素作为锂离子电池中负极材料的机理、制备方法与研究近况，具体分为基于木质素的分层多孔碳、碳微球、碳纤维、碳纳米管以及其他复合物等，详细阐述了木质素在锂离子电池的隔膜、黏合剂以及负极添加剂的应用，拓展概述了木质素在锂硫电池中的应用。最后，提出了木质素用于锂离子电池电极材料中存在的问题和对今后研究工作的展望。

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锌铁液流电池研究现状及展望

姚祯, 王锐, 阳雪, 张琦, 刘庆华, 王保国, 缪平

2022 (1): 78-88. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0382

摘要 ( 1761 )

HTML ( 136 )

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锌铁液流电池由于安全、稳定、电解液成本低等优点成为电化学储能热点技术之一。本文介绍了锌铁液流电池的研究现状，论述其主要优势，重点归纳并分析该电池研究过程存在的主要挑战。锌铁液流电池可以在很宽的pH范围内工作，碱性锌铁液流电池开路电压较高，搭配多孔膜和多孔电极后可以在较高的电流密度下长期循环；酸性锌铁液流电池充分利用了铁离子在酸性介质中溶解度高、电化学性能稳定的优势，但负极侧受pH影响较大；中性锌铁液流电池由于其无毒无害、环境温和逐渐受到关注，与多孔膜结合可有效降低电池成本。无论哪种锌铁液流电池，负极侧都存在锌枝晶和面容量有限的缺点，成为锌铁液流电池产业化必须考虑的问题。针对这些挑战，本文从机理出发综述了锌铁液流电池的研究现状，研究者结合实验与数值模拟，通过优化电解液、电极、隔膜、电池结构等技术途径，有望提升锌铁液流电池性能，推进实际应用技术发展。

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下一代电化学储能技术国际发展态势分析

汤匀, 岳芳, 郭楷模, 李岚春, 陈伟

2022 (1): 89-97. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0301

摘要 ( 644 )

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全球碳中和大背景下，国际能源格局从化石能源绝对主导朝着低碳多能融合发生转变，储能技术作为推动可再生能源从替代能源走向主体能源的关键技术越来越受到业界高度关注。对比分析了美国、欧盟、日本等主要国家和地区的电化学储能技术战略布局、项目部署和重点示范项目情况。随着我国承诺2030碳达峰、2060碳中和目标，我国政府对电化学储能技术的开发日益重视，先后出台一系列支持政策，启动重大研发项目开展技术研究，并部署了一批电化学储能示范工程。然而，我国虽然在电化学储能制造技术上努力追赶欧、美、日、韩等先进技术国家，但对储能电池机理研究、技术突破以及关键材料制造上距离技术发达国家仍有一定差距，多种类型电化学储能技术的示范应用才刚刚起步。因此，需进一步从顶层设计、技术研发、产业布局和基础设施建设等多方面采取措施，加快实现下一代新型电化学储能技术的大范围应用，促进能源高效利用、多能融合互补，构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源格局。

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电池-超级电容器混合储能系统研究进展

乔亮波, 张晓虎, 孙现众, 张熊, 马衍伟

2022 (1): 98-106. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0229

摘要 ( 1612 )

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储能是解决可再生能源大规模发电并网、推动新能源汽车发展、实现“碳达峰”“碳中和”中长期目标的关键支撑技术。能量型储能器件与功率型储能器件组成的混合储能系统是能量管理和功率管理的高效系统，充分发挥了能量型储能的持久性和功率型储能的快速性，大幅提升了储能系统的综合性能和经济性。本文概述了能量型和功率型电化学储能技术及特点，总结了各类电池-超级电容器混合储能系统，分析了混合储能系统在电网储能、新能源汽车、轨道交通等领域的应用。详细分析了电池-超级电容器混合储能系统关键技术，包括混合储能系统控制和能量管理，总结了近期较为常见的混合储能系统使用的控制方法；混合储能系统的参数匹配和技术经济性进行分析；介绍了混合储能系统拓扑结构分类，并讨论各种拓扑结构的优缺点。此外，还对电池-超级电容器混合储能系统和单一储能系统进行了仿真对比，验证了混合储能系统相较于单一储能系统的优越性。最后，对电池-超级电容器混合储能系统进行了总结和展望。

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集装箱储能系统热管理系统的现状及发展

朱信龙, 王均毅, 潘加爽, 康传智, 邹燚涛, 杨凯杰, 施红

2022 (1): 107-118. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0381

摘要 ( 1065 )

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集装箱储能系统因其安装运输方便、建设周期短和环境适应能力强的优点而具有广泛的发展前景。然而随着整体能量密度的不断提高和制造成本的降低，以热失控为特征的储能系统电池安全事故频发，严重威胁着用电安全和相关人员的生命安全。因此，以防止集装箱储能系统热失控为核心的研究成为近几年储能系统研究领域的热点。本文从储能电池安全角度出发，对目前集装箱储能系统热失控机理及研究现状进行综述，阐述了储能电池的冷却方式(空气冷却、液体冷却、相变材料冷却和热管冷却)以及热失控的抑制措施，总结了最新研究成果。具体地阐明了温度和湿度对电池的影响，全面总结了提高集装箱储能系统安全性及可靠性的方法，合理展望了现今储能系统热管理技术的发展方向，以期促进储能系统安全管理方法与策略的开发，进而提高储能电池系统的安全性。

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磷酸铁锂电池多阶段利用可行性

马天翼, 王伟哲, 林春景, 白广利, 韦振, 刘仕强

2022 (1): 119-126. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0317

摘要 ( 318 )

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磷酸铁锂动力电池进行材料再生利用的价值较低，开展全电池循环再利用是最大化其全生命周期使用价值的主要方式。通过建立不同电流负荷强度的三个阶段模拟工况实验方案，验证了磷酸铁锂动力电池多阶段再利用的可行性。实验结果表明在容量衰减至初始值的50%之前，所有样品的衰减均具有较高的规律性。当容量衰减至低于50%之后，个别样品出现容量“跳水”现象。基于实验过程中样品性能衰减规律的分析和研究，提出了磷酸铁锂动力电池在不同阶段的应用场景的建议方案，对于车用退役电池的循环再利用具有指导意义。

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电池排布对锂电池组相变热管理性能的影响

张晓光, 潘晓楠, 李金铭, 刘丽, 何燕

2022 (1): 127-135. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0367

摘要 ( 468 )

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为了探究电池单体排布对锂电池组热管理性能的影响，采用COMSOL Multiphysics软件建立相变冷却耦合空气冷却锂电池组散热模型，模拟不同单体电池间距以及相变材料用量下电池组温度场变化情况。研究发现，当单体电池均匀排布时，随着电池间距的增大，相变冷却系统内温差先降低后升高，在10 mm时温度均匀性最优。维持相变材料用量不变，优化电池单体排布，有序减小电池组中心到外缘的电池间距，发现电池组内最高温升和最大温差均低于均匀排布时的值，热管理性能提升，且外界空气冷却的对流换热系数越大提升效果越明显。在优化排布的基础上减小相变材料用量，模拟发现，优化排布下相变材料用量减少12%后电池组内最高温升基本不变，但最大温差下降了34%。结果表明，优化单体电池间距在提升电池组热管理性能的同时实现了减少相变材料用量的目标。优化后的电池组结构可为相变冷却策略下的电池热管理系统提供有效参考。

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基于超导磁储能系统的双馈风机协同故障穿越策略

沈渭程, 甄文喜, 邵冲, 谢琦

2022 (1): 136-146. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0261

摘要 ( 255 )

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在大规模风电基地通过高压直流输电远距离送出背景下，闭锁、换相失败等直流故障会在送端产生暂态电压扰动导致风机连锁脱网，严重威胁系统的安全稳定。建立风电外送系统模型，结合过电压下双馈风机的暂态响应分析，揭示了直流闭锁导致双馈风机连锁脱网这一过程的内在机理；进一步地，提出一种基于超导磁储能系统和改进风机控制协同的故障穿越策略：在双馈风机本身产生去磁电流和无功电流的同时，储能系统协同向双馈风机转子侧快速注入两种电流。最后，在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型。通过与去磁控制和传统矢量控制进行对比，仿真案例和实际案例均证明所提策略在各种故障下都能够更有效地将风机各项关键参数限制在安全范围内，同时更有利于抑制直流故障后暂态过电压的幅值，从而降低连锁脱网的风险。

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基于参数优化变分模态分解的混合储能功率分配策略

高晓芝, 王磊, 田晋, 刘佳璐, 刘庆华

2022 (1): 147-155. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0374

摘要 ( 373 )

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以全钒液流电池和超级电容器组成的混合储能系统(hybrid energy storage system，HESS)可有效平抑风电功率波动。为了提高储能系统的灵活性和安全性，提出一种基于参数优化变分模态分解(variational mode decomposition，VMD)的混合储能功率分配方法。首先利用指数平滑法依据我国并网标准对风电功率进行滤波，得到符合要求的风电并网功率，并计算出储能系统所需要的平滑风电波动功率；然后基于三种信号分解评价指标构造适应度函数，采用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm，SSA)对VMD算法中模态个数K与二次惩罚因子α进行优化，得到优化后的K值与α值后采用VMD算法分解风电波动功率并完成在全钒液流电池和超级电容器间的基本分配；最后采用模糊控制器优化储能设备的荷电状态，实现HESS功率的二次分配。算例结果表明，所提方法不仅能够对风电波动功率信号自适应分解，有效抑制风电功率波动，减少模态混叠，完成HESS功率的合理分配，还可以优化储能设备的充放电范围，避免储能设备的过度充电和过度放电状况的发生，保证储能设备的荷电状态维持在固定区间，实现HESS安全稳定运行。

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适用于微网中储能变换器的并网开关控制策略

魏妍萍, 王军, 李南帆, 师长立

2022 (1): 156-163. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0271

摘要 ( 259 )

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PDF(1998KB) ( 314 )

本文针对微网中储能变换器的并网开关控制问题进行了深入研究，深入分析了可控硅整流器(silicon controlled rectifier，SCR)开关的过零关断特性造成的关断延迟对本地负荷造成的影响。为保证本地负荷供电稳定、可靠，本文利用现有条件，提出SCR强制关断控制策略，该策略仅通过软件控制策略迫使流过SCR的电流迅速下降为零，从而实现了并网开关的强制关断。同时，本文对影响关断时间的因素进行了深入研究，得出了本地负荷电压与并网电流的变换关系。该技术可以很好地保证并离网切换过程中负荷的用电安全，同时避免了切换过程中并网电流对电网的冲击。最后，搭建实验平台，开展相关实验，实验结果证明了本文理论分析以及所提强制关断策略的合理性和有效性。

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考虑双重不确定及综合效能的配电网储能规划决策方法

邓诗语, 刘文霞, 刘畅, 刘其达, 李守强, 刘宗歧

2022 (1): 164-175. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0362

摘要 ( 271 )

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为解决规划场景、决策者偏好等多种不确定性对储能规划影响的问题，提升储能的应用效能，本文提出一种计及双重不确定性的储能规划决策方法。首先考虑正常运行与极端恢复两种应用场景下储能的运行情况，以网损最小为目标进行正常运行优化，以最大程度减少失电损失为目标进行极端情况下的供电恢复，建立多应用场景下的综合评估指标体系。然后，计及规划场景的不确定性以及决策者面对风险的不确定性，引入前景理论对指标矩阵进行处理，以综合前景值为各指标属性值，采用灰靶决策对基于前景值的指标矩阵进行权重确定，根据前景价值最优确定方案。最后，通过算例验证所提储能规划决策方法的有效性与可行性。

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基于分层控制的孤岛微电网储能优化控制策略

李瑜, 张占强, 孟克其劳, 魏皓天

2022 (1): 176-184. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0553

摘要 ( 374 )

HTML ( 28 )

PDF(2158KB) ( 404 )

针对直流微网在储能控制策略中所采用的传统下垂控制方法，存在功率输出不均、母线电压跌落等问题，提出了微电网在孤岛模式下储能装置稳定直流母线和负荷恒功率运行的分层控制策略，将微电网优化控制过程分为两层：一级控制层下的储能作为微电网主要能量分配的装置，提出了基于双闭环的下垂控制策略，将储能电池变换器通过P-f、Q-u进行双层下垂控制，实现负荷的恒功率运行；二级控制层下的储能作为稳定直流母线电压以及补偿一级储能的装置，提出了同步参考坐标系控制(synchronous reference frame control，SRFC)策略，并在控制中加入自调谐滤波器(self tuning filter，STF)，实现对交流信号中谐波的滤除。最后利用Matlab/Simulink进行了仿真验证，仿真结果表明分层优化策略使负荷恒功率运行的同时稳定了直流母线电压。

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磷酸铁锂离子电池模组热失控气体扩散仿真

王俊, 贾壮壮, 秦鹏, 黄峥, 吴静云, 戚文, 王青松

2022 (1): 185-192. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0193

摘要 ( 953 )

HTML ( 72 )

PDF(8988KB) ( 663 )

为研究磷酸铁锂离子电池在泄压阀打开之后，释放的气体在模组中扩散行为，本文基于实际100% SOC磷酸铁锂离子电池模组尺寸建立1∶1几何模型，模拟电池模组内部电池发生热失控、泄压阀打开及释放气体的扩散行为；通过FDS软件对其进行仿真研究，分析磷酸铁锂离子电池在热失控时释放H₂、CO、CH₄和CO₂气体的扩散规律。研究结果表明：磷酸铁锂离子电池在泄压阀打开后，在8 s内气体充满整个电池模组箱内部上侧，在电池模组箱上方内部的温度维持在55 ℃；在30 s之后，模组箱内气体空间分布逐渐趋于平衡，不随时间的变化而发生变化。在释放的气体中CO₂约占30%，在4种气体中占比最大。本文的研究成果可为磷酸铁锂离子电池模组的设计以及气体探测系统的设计提供参考依据。

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高镍三元锂离子电池火灾及气体爆炸危险性实验

郭志慧, 崔潇丹, 赵林双, 陈佳炜

2022 (1): 193-200. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0314

摘要 ( 766 )

HTML ( 64 )

PDF(2815KB) ( 642 )

高镍三元锂离子电池在电动车领域发展势头迅猛，但因为其能量密度高，在加热、过充、撞击等滥用条件下比其他已有电池更易发生严重的火灾爆炸事故，其推广应用需要进行更为严格的安全测试，本文针对NCM811锂电池进行了加热下的热失控实验，并设计了锂电池热失控气体收集装置，且对收集的电池气体进行配气完成了爆炸极限测试实验，得到0%、50%、90% SOC下锂电池热失控火灾特征和热失控后气体爆炸危险性参数。结果表明，NCM811电池的火灾爆炸危险性随SOC的增大而增大，90% SOC产气量达124.21 mol，火焰温度达650 ℃，1 L容器中超压达512 kPa，爆炸极限为7%～38%，极易引发周围电池的燃烧爆炸，相关安全措施建议被采用。

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磷酸铁锂和三元锂电池外部过热条件下的热失控特性

朱鸿章, 吴传平, 周天念, 邓捷

2022 (1): 201-210. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0369

摘要 ( 1002 )

HTML ( 85 )

PDF(7952KB) ( 652 )

锂离子电池已广泛应用于储能和电动汽车中，但由于其易燃性，存在火灾和爆炸的风险。本文以单体40 A·h三元锂和72 A·h磷酸铁锂电池为对象，采用不同位置外部过热研究其热失控特性。实验结果表明磷酸铁锂电池在外部过热条件下不会引燃，而三元锂电池会自发引燃和喷射；侧面加热比底部加热能更早进入热失控；通过传热分析得到40 A·h三元锂电池热失控所需的单位受热面积导热量为1650～3788.76 kJ/m²，72 A·h磷酸铁锂离子热失控所需的单位受热面积导热量为3264.84～7856.67 kJ/m²。以720 A·h磷酸铁锂电池组为对象，研究电池组燃烧蔓延特性，实验结果表明外部引燃后，若热源一直存在会蔓延至周围电池，持续发生喷射现象；通过传热分析得到相邻电池间的传热量为39.7～43 kJ。本研究结果可对储能电站火灾风险评估和锂电池火灾防护提供理论指导意义。

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蜂窝状CPCM/水冷复合式圆柱型锂电池散热性能

安治国, 张显, 祝惠, 张春杰

2022 (1): 211-220. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0292

摘要 ( 332 )

HTML ( 32 )

PDF(4146KB) ( 236 )

为了进一步减小圆柱型锂电池在高热负荷下的温升、最大温差及轴向温差，提出一种基于石蜡/膨胀石墨(EG)的蜂窝状相变材料(PCM)水冷复合式电池散热结构。通过数值模拟，研究了环境温度40 ℃时，冷却液流速、微型流道数量、CPCM厚度及EG的质量分数对该系统散热性能的影响。结果表明，当液体流速超过0.05 m/s时，流速的继续增加对该系统散热性能的提升不明显。与纯PCM相比，添加EG制备的复合相变材料(CPCM)对系统散热性能有显著提升。EG质量分数为12%时，在不同液体流速下既可以满足电池最大温差的要求，也可以保证电池的最高温度和CPCM的液相率最低，即系统的综合散热效果最佳；综合考虑电池温度分布均匀性、空间利用率及系统的额外能量消耗，确定了CPCM的最佳厚度为2 mm；微型流道数量为6时，在不同液体流速下电池的最大温差和轴向温差最小。特别在4 C放电倍率下，流速为0.01 m/s时，电池的最高温度、最大温差及轴向温差分别为45.8、1.7、0.04 ℃，可以保证锂电池工作在最佳温度范围之内。

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老化锂电池模组关键电池性能参数的量化分析

袁梓菡, 严晓, 杨涛

2022 (1): 221-227. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0333

摘要 ( 418 )

HTML ( 52 )

PDF(1477KB) ( 335 )

退役的动力电池随着新能源电动汽车产业的加速发展而逐渐增多，为了对退役的锂电池进行评估、维护、梯次利用，本工作提出一种老化锂电池模组关键电池性能参数的量化分析研究方法，采用免拆解的“零时间成本”的快速检测方法，仅需要一次充电数据即可在单体层面上对内阻、相对充电时间差值和充电截止电压等关键电池参数(key battery parameter，KBP)进行表征，通过这些KBP的箱型图检测异常单体。基于容量增量(capacity increment，IC)曲线估算各单体的可充电容量以及放电截止时刻可继续放出容量，将其与异常单体对比，提出具体的维保建议，包括均衡、替换两种方式，并给出预期效果，即可以在维护前评估该维护措施的有效性，避免无效维护。本工作共进行了三次实验，均对单体层面关键电池参数进行了量化分析，实验一由于KBP异常存在于同一单体中，因此只能进行替换维护，通过容量计算，预计维护后可提升电池包放电容量12.57%；实验二由于KBP异常存在于不同单体中，因此可以进行均衡维护，通过容量计算，预计维护后可提升整体模组放电容量的35.9%；实验三由于各单体间差异性较小，部分KBP不存在异常值，因此无需采取维护措施。

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基于滑动窗口和LSTM神经网络的锂离子电池建模方法

张少凤, 张清勇, 杨叶森, 苏义鑫, 熊斌宇

2022 (1): 228-239. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0373

摘要 ( 543 )

HTML ( 37 )

PDF(5110KB) ( 502 )

为提高锂离子电池在复杂工况下的预测能力和建模精度，提出一种基于滑动窗口和长短时记忆(long short term memory，LSTM)神经网络的锂离子电池建模方法。首先建立了基于神经网络的锂离子电池模型，确定了神经网络的基本结构，通过LSTM层、向量拼接层和全连接层分别实现了时序特征提取、特征融合和回归预测。然后提出了滑动窗口的输入向量处理方法，滑动窗口每次向前推进一个时间点，通过限制时间窗口内所能处理的最大信元数对数据量进行限制，为多个LSTM层的并行计算和深隐层的拼接层和全连接层预留了计算量的裕度，实现了对模型中循环网络层深度的优化选择。为解决模型在多工况下运行的泛化问题，提出使用离线数据集的预训练和在线数据的参数修正的训练方法，通过大量离线数据集的反复训练，使模型学习电池的共性部分；再使用部分在线数据，对网络参数进行调整，将其应用于预测中。最后使用恒流/恒压、随机电流脉冲、大功率脉冲等多个工况的数据分别进行测试。结果表明，基于长短时记忆神经网络的建模方法能够准确预测电池输出电压和荷电状态。

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基于1DCNN-LSTM的锂离子电池SOH预测

王英楷, 张红, 王星辉

2022 (1): 240-245. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0250

摘要 ( 843 )

HTML ( 53 )

PDF(1714KB) ( 481 )

为了提高锂离子电池健康状态(SOH)的预测精准度和稳定性，针对常规特征选取复杂且无法有效利用等问题，提出了一种联合一维卷积(1DCNN)与长短记忆网络(LSTM)的电池SOH预测方法。首先采用多通道串联电压、电流、温度构建多维特征，然后采用1DCNN从样本数据中提取高级数据特征输入LSTM中以有效利用历史信息，最后通过全连接层输出电池SOH的预测结果。采用NASA锂离子电池容量衰减数据，对所应用的联合算法进行验证，结果表明，相较于其他预测算法，基于1DCNN-LSTM的算法具有更准确的SOH预测结果，其平均绝对误差(MAE)为0.01左右，且失效点误差周期(RUL)小于2个周期。

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基于VCHTC的锂电池热力学精细化仿真

王翔, 徐晶, 陈新文, 丁亚军, 徐鑫

2022 (1): 246-252. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0252

摘要 ( 276 )

HTML ( 26 )

PDF(2814KB) ( 178 )

对流换热系数(convective heat transfer coefficient，CHTC)是锂离子电池(lithium-ion battery，LIB)热力学仿真过程中的重要参数。在电池热力学仿真过程中，通常将CHTC设置为固定值。尽管可以获得令人满意的仿真结果，但是仿真过程与实际情况不一致，并且不能准确地预测电池放电期间的温升特性。变对流换热系数(variable convective heat transfer coefficient，VCHTC)可以随电池放电而变化，并提高了仿真过程的准确性。本文研究了在不同环境温度和放电倍率下单体锂离子电池(single lithium-ion battery，SLIB)的温升特性，利用VCHTC建立了电池的生热优化模型。通过对SLIB正常工况范围内的仿真和实验对比分析，结果表明，VCHTC模型的仿真过程温度和恒定对流传热系数(constant convective heat transfer coefficient，CCHTC)模型在不同工况下的平均绝对百分误差(mean absolute percentage error，MAPE)分别为1.1%和6.9%。

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基于改进的高斯过程回归的SOC估计算法

孙爱芬, 赤娜

2022 (1): 253-257. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0297

摘要 ( 375 )

HTML ( 25 )

PDF(1057KB) ( 273 )

为了提高锂离子电池荷电状态(SOC)的估计精度，文中采用基于高斯过程回归(GPR)机器学习的锂离子电池数据驱动方法，首先选取数据集，将电池测量参数电流和电压作为模型的输入向量，SOC作为模型的输出向量来训练模型，为了提高模型精度，文中改进了高斯过程回归模型。将上一时刻估计的SOC值加入到移动窗口中，并与电流和电压一起作为输入向量。通过窗口的大小不断更新训练集，从而训练出高精度SOC估计模型。通过实验采集的数据，并和GPR、最小二乘支持向量机(LSSVM)、支持向量机(SVM)和神经网络(NN)相比，所提模型估计的SOC均方根误差(RMSE)控制在1.5%以内，验证了提出方法的有效性。

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基于UGOA-BP的锂电池SOC估算

王帅, 马鸿雁, 窦嘉铭, 张英达, 李晟延, 胡璐锦

2022 (1): 258-264. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0352

摘要 ( 260 )

HTML ( 27 )

PDF(1541KB) ( 129 )

电池荷电状态(SOC)的精确估算是储能设备安全运行的关键，本工作提出一种基于均匀分布策略改进的蝗虫优化算法和BP神经网络(UGOA-BP)的联合算法，在标准蝗虫优化算法(GOA)的基础上，引入了均匀分布函数，更新了非线性控制参数c，构建了新的随机调整机制，扩大了算法搜索范围，打破了局部开发受限的局面。同时，又受粒子群算法思想启发，对每代最优解进行保存记忆，通过选取随机个体引导种群的位置更新，弥补了蝗虫优化算法全局搜索能力弱的局限性，增加了种群多样性。采用某新能源公司储能设备的历史数据，设置电池SOC 100%～0的完整放电过程数据集和SOC 52%～49%的局部放电过程数据集，从两个维度对所提模型、蝗虫算法优化BP神经网络(GOA-BP)与传统BP神经网络模型进行对比测试分析。仿真结果表明，UGOA-BP模型预测值的绝对误差均处于[-0.050，0.050]区间范围，最大绝对误差为-0.046，平均均方误差仅为0.001，GOA-BP模型和BP神经网络的平均均方误差分别为0.009和0.067，模型预测精度优于其他方法，具备良好的准确性和工程应用价值。

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磁场效应对锂离子电池性能的影响

阮观强, 华菁, 胡星, 郁长青

2022 (1): 265-274. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0343

摘要 ( 1111 )

HTML ( 57 )

PDF(2734KB) ( 554 )

随着电动汽车行业的迅速发展，锂离子电池的性能对电动汽车的续航里程至关重要。磁场是由运动电荷或电场的变化产生的，当外部磁场作用于物质时，物质内部被磁化，会产生许多微小的磁偶极子。为了深入分析磁场对锂离子电池性能的影响，提出了一种在磁场效应下对锂离子电池进行性能测试的实验方法，在此基础上，搭建了由锂离子电池、电池充放电测试系统、磁场发生系统组成的实验平台，设计实验方法及要求，并针对松下18650锂离子电池进行了对比实验及分析。实验结果表明：锂离子电池在磁场效应下具有良好的环境适应性和充放电性能，在加载不同强度磁场效应的情况下，锂离子电池的充放电容量有明显的变化，且随着磁感应强度的增强而增加。在放电过程中，磁感应强度越大，电池的欧姆内阻和极化内阻越小。本研究利用磁场效应可以有效解决目前锂离子电池续航里程短的问题。

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充电场站光储充控制策略

罗恒, 严晓, 王钦, 胡波

2022 (1): 275-282. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0265

摘要 ( 746 )

HTML ( 47 )

PDF(1697KB) ( 422 )

针对充电需求带来的负荷具有不确定性，以及在不控制的情况下会在高峰期造成充电场站变压器过载等问题，本文提出了一种通过配置光伏和储能来提升充电场站的有效充电功率或服务能力的方法，并通过优化控制算法达到负荷跟踪的效果。该方法以每日光伏发电功率、用户负荷功率和每日分时电价为输入量。通过对3种应用场景的对比，可以定量计算出光伏和储能协同控制所带来的收益。为了对模型进行有效求解，本文提出和对比了两种不同的算法：粒子群算法和混合整数线性规划算法。这两种算法均可以用于确定储能控制策略并优化光储能系统的出力，但各有优缺点。计算结果表明，简单的低价充电、高价放电的充放电模式，不能快速应对变化的负荷功率；基于粒子群算法的储能控制策略能解决负荷跟踪问题并求得局部最优解，但达不到储能的最大利用率；而基于混合整数线性规划算法，可求得全局的最优解，达到接近100%的储能利用率，同时降低用户的日运行成本。通过动态调整储能充放电功率，可实现跟踪负荷功率、降低负荷峰值以避免变压器过载的功能，同时达到灵活应对复杂、多变的电力需求侧和供给侧的动态变化场景的目的。

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大规模弃风与储热协调调控评估方法

张诗钽, 楚帅, 葛维春, 李音璇, 刘闯

2022 (1): 283-290. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0298

摘要 ( 186 )

HTML ( 24 )

PDF(947KB) ( 129 )

北方地区合理利用大规模弃风电量，特别是将弃风用于清洁供暖，必将产生巨大的社会效益。本文重点研究弃风电量与储热容量匹配关系，以及评估某省级电网连续5年储热跟随弃风运行情况。首先，提出基于年弃风电量、年最大弃风功率和最大日弃风电量的全额消纳弃风储热容量配置方法，以及基于年最大弃风功率按百分比部分消纳弃风的储热容量配置方法。然后，根据分布式储热和集中式储热的运行特性，构建储热跟随弃风能力的评估模型。最后，通过某省级电网连续5年的实际运行案例进行数值分析，研究供暖季和供暖季低谷期弃风消纳问题。弃风消纳电量与储热配置容量结果显示，储热装置对电网弃风消纳效果显著，随着风力发电装机容量增加，储热配置容量也应增加才能满足弃风消纳需求，且不以百分百消纳弃风电量为目标配置储热容量更经济。此外，储热跟随弃风评估结果显示，基于年弃风电量配置储热功率更符合电网的实际运行情况，储热应跟随弃风规律运行才能提升电网消纳弃风的能力。

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板式固体氧化物燃料电池积碳特性的数值研究

田辉, 华栋, 曼茂立, 刘春哲, 李国君, 张兄文

2022 (1): 291-296. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0452

摘要 ( 356 )

HTML ( 21 )

PDF(3901KB) ( 241 )

固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳的发生是制约其高效稳定运行的瓶颈问题，文中介绍了阳极积碳对SOFC的影响，回顾了国内外研究此问题的三个典型方向及其进展；在此基础上，利用用户自定义子程序(UDF)与流体动力学计算软件Fluent建立的SOFC完整极化数值模型，对一板式SOFC的反应特性与积碳特性进行数值模拟与分析。文中首先给出了数值模拟的控制方程、极化模型及积碳模型，介绍了边界条件及方程离散方法，并在此基础上通过求解国际能源协会(IEA)的标准算例，验证了算法的准确性。最后对板式SOFC定常积碳特性的数值研究结果显示：在燃料入口处SOFC积碳产生速率较大，沿燃料气体流动方向积碳速率迅速减小；积碳的产生受CH₄含量的影响较大，而受温度、H₂、H₂O以及CO气体浓度因素影响较小。本文研究有助于探索SOFC积碳产生的机理，同时为以天然气作燃料的SOFC运行参数最优化控制提供了依据。

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锂电池百篇论文点评（2021.10.1—2021.11.30）

田孟羽, 朱璟, 岑官骏, 乔荣涵, 申晓宇, 季洪祥, 田丰, 金周, 闫勇, 武怿达, 詹元杰, 俞海龙, 贲留斌, 刘燕燕, 黄学杰

2022 (1): 297-312. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0671

摘要 ( 648 )

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PDF(819KB) ( 1036 )

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2021年10月1日至2021年11月30日上线的锂电池研究论文，共有3614篇，选择其中100篇加以评论。正极材料的研究主要集中在对高镍三元、高电压钴酸锂和富锂锰基的表面改性和体相掺杂，以及其在长循环过程中或高电压下所发生的表面和体相的结构演变。金属锂负极的研究侧重于表面修饰，改变锂沉积方向。固态电解质的研究主要包括对硫化物固态电解质、氧化物固态电解质、聚合物固态电解质以及复合固态电解质的结构设计以及相关性能研究。电解液和添加剂的研究主要侧重于不同电解质和溶剂对各类电池材料体系适配，以及对新的功能性添加剂的探索。固态电池方向更多地集中于界面问题的研究。锂硫电池的研究重点是提高硫正极的活性，改善“穿梭”效应。测试表征方面偏重于对材料体相结构和电极/电解质界面等进行观测和分析，固态电池的界面问题研究是热点。理论计算对材料的表面氧活性、界面结构及锂离子的运输机制进行了探讨，而界面反应涉及到了SEI形成的分析。此外，集流体的改性以及电极预锂化研究工作也有多篇。

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动力电池标准体系建设现状及建议

胡建, 林春景, 郝维健, 郑天雷

2022 (1): 313-320. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0391

摘要 ( 726 )

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PDF(890KB) ( 784 )

动力电池是新能源汽车的核心零部件，对新能源汽车的动力性、安全性、续驶里程和使用寿命起着决定性作用。当前，国内外标准化组织机构相继制定并发布了多项动力电池标准，但现有标准内容仍然不足以覆盖动力电池全生命周期、实际复杂应用场景以及新技术等多方面使用需求。对此，本文系统归纳了国内外动力电池标准化组织机构及其发布、在研标准进展和主要内容，同时综合标准分类和实际应用场景等方面内容对比分析了国内外动力电池标准在制定原则、编制思路以及技术要求和试验方法设定等方面的差异性及主要考量因素。进一步，结合现有国内外动力电池标准现状以及技术发展趋势，重点从动力电池全生命周期的安全性、寿命及残余价值评估、全气候综合性能、绿色低碳循环要求、兼容互换要求以及现有标准体系对于新技术的适用性等六方面内容论述了现有标准体系的主要缺失项目和标准化新需求，同时在此基础之上提出了标准制修订建议，为优化完善我国动力电池标准体系提供借鉴和参考。

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基于高质量专利的储能关键技术国际竞争态势

张子岩, 张俊艳

2022 (1): 321-334. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0380

摘要 ( 320 )

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储能技术是构建全球能源互联网的关键技术，高质量专利作为技术领域核心竞争力的表征，深入分析和掌握其国际竞争态势是十分必要的。针对颠覆因子识别高质量专利存在的缺陷和不足，结合储能技术的特点，构建了改进的颠覆因子I-D模型并识别出物理储能、电场磁储能、电化学储能和相变储能4项关键领域的高质量专利，进而分析了储能技术的技术活跃度、技术影响力和市场布局。结果显示：高质量专利可以通过改进的颠覆因子I-D模型进行有效识别。国际储能技术整体上升趋势平稳，各关键领域均处于技术生命周期的发展阶段，各个国家的高水平储能技术均由企业主导，我国高校和科研院所的研发活跃度表现突出，国际储能技术的知识流动呈现多元化、均衡化态势。我国凭借较高的研发活跃度成为储能技术领域持有高质量专利最多的国家，拥有高居国际前列的研发参与度、较高的本土专利市场主导权，但同时存在企业梯队建设水平相对不高、多数关键领域技术影响力较弱、对发达国家知识要素过度依赖、国内外市场布局失衡等问题。基于上述发现，提出了我国储能技术高质量发展需要强化产学研协同、强化科技自立自强以及提升国际战略思维的对策建议。

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石墨烯在储能领域应用的专利分析

韩雪, 邓伟, 周旭峰, 刘兆平

2022 (1): 335-349. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0323

摘要 ( 438 )

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为研究石墨烯在储能领域研究开发的知识产权现状，以锂离子电池、超级电容器、锂硫电池、锂空气电池、锂金属电池、钠离子电池、铅炭电池等电化学储能体系为切入点，对石墨烯在储能领域应用技术进行专利检索，并从全球专利申请趋势、主要来源国家、各结构部件中应用专利分布、重要专利申请人等方面进行了详尽的分析。以期为我国石墨烯储能技术创新及产业发展规划等提供有价值的参考。

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车用高能量密度锂离子电池技术发展态势

靳文婷, 廖满生, 黄骥, 魏子栋

2022 (1): 350-358. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0376

摘要 ( 447 )

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锂离子电池作为新能源汽车的主流动力源，其能量密度直接决定着汽车的续航里程，也关系到新能源汽车产业的竞争力与长远发展。为了解该领域技术的全球发展态势，本文以Innojoy专利搜索引擎的检索结果为基础，阐述了全球及中国专利年度申请量的演变趋势，对比分析了专利申请主要来源国和主要申请人的专利技术情况，基于IPC技术分类，着重介绍了主要申请人关注的技术主题和实现的技术功效。结果表明：车用高能量密度锂离子电池的全球及中国的专利申请量持续增长；来自中国的专利申请虽然数量最多，但基础专利、核心专利较少，且专利布局主要局限于本土；中国企业在关键技术的掌控上，与日企仍具有差距；改进电池电芯的主要材料、制造工艺和电池模块成组技术是提升能量密度的主要技术路径；能够兼顾高能量密度、高安全性的技术是当前研发的薄弱地带也是未来抢占研发先机的关键领域。基于上述分析，对我国在车用高能量密度锂离子电池领域的专利布局及技术研发提出了一些参考建议。

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全固态锂电池技术发展趋势与创新能力分析

汤匀, 岳芳, 郭楷模, 李岚春, 柯旺松, 陈伟

2022 (1): 359-369. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0350

摘要 ( 1000 )

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科技创新加速推进全球能源格局朝向绿色、低碳、清洁、高效、智慧、多元方向转变，而高能量密度的储能器件是实现可再生能源消纳、促进终端应用电气化的关键。全固态锂电池作为下一代高能量密度主流技术方案受到业界广泛关注。本文综述了全固态锂电池中固态电解质研究现状，分析并提出了该技术面临的主要挑战和未来发展趋势。结合文献计量和专利计量方法对全固态锂电池创新能力进行系统分析，结果显示，我国全固态锂电池研发创新能力整体较强。在该技术领域发表超过1000篇论文，位居全球首位。其中，中国科学院以241篇相关论文占据榜首。从专利成果统计结果来看，2015年起该技术呈现井喷式发展，技术主题主要集中在二次电池的开发与制造、电极的开发、导电材料的研发、一次电池的开发与制造、生产导电材料专用设备的研发等方面。日本在该技术领域公开专利数量最多，处于遥遥领先地位。基于此，我国今后应强化该技术知识产权保护，推进专利市场化应用，早日实现全固态锂电池商业化量产，为推动我国能源格局朝向清洁高效发展，实现“双碳”目标发挥更大的作用。

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英国储能相关政策机制与商业模式及对我国的启示

朱寰, 徐健翔, 刘国静, 岳芬, 俞振华, 张兴

2022 (1): 370-378. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0290

摘要 ( 557 )

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储能的崛起与发展离不开政策的鼓励与机制的支持。英国具备成熟的自由电力市场，为储能构建商业模式提供了基础和条件，同时近年来英国针对制约储能发展的政策与市场规则进行修改，为其规模化应用及参与电力市场逐步扫清了障碍，值得我国借鉴。本文首先梳理了英国储能发展的状况，从市场发展重点、参与者类型、项目规模等方面分析了英国储能的态势；另外，从资金支持和制度改革两大方面，详细分析了英国在技术创新、规划审批制度、储能资产属性定义、共享站址规则、辅助服务市场、容量市场、平衡机制等方面的政策激励和规则修改情况。基于政策和市场规则的调整，本文梳理了英国储能项目收益来源及商业模式。最后，总结英国经验对我国的启示。

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基于CiteSpace的锂离子电池用低温电解液知识图谱分析

胡华坤, 李新丽, 薛文东, 蒋朋, 李勇

2022 (1): 379-396. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0295

摘要 ( 368 )

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锂离子电池(LIBs)在低温条件下会出现阻抗增大、嵌入/脱嵌锂不平衡、循环效率降低、容量衰减等现象，导致充电比放电更加困难，严重影响了LIBs的低温性能，其中对LIBs低温性能影响最大的是电解液。电解液在低温下黏度变大，与电极材料和隔膜之间的相容性变差，导致离子电导率降低，电荷转移电阻增大，最终导致电池性能下降。本文基于web of science核心合集数据库对LIBs用低温电解液有关文献进行可视化图谱分析。利用CiteSpace分析后可知，低温电解液的研究经历可分为三个阶段：起步阶段、平稳阶段和快速发展阶段。研究力量主要集中在中国、美国、日本、德国等国家，中国逐渐成为科研的核心力量。各个国家、科研机构之间的合作越来越密切，越来越多的科研人员参与到研究中来。目前开发新型低温电解液主要有两条路线：①设计低黏度、高离子电导率的多元电解液，辅以功能添加剂来提升低温性能；②通过研究SEI膜的界面结构和性质，设计高扩散系数的电极材料增大Li⁺在低温下的迁移率以此提升低温性能。除此以外，未来固体电解质的突破有可能彻底解决LIBs低温性能不良的问题。与此同时，结合计算材料科学可以加速研发过程，有助于产学研的深度融合。

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适应可再生能源消纳的储能技术经济性分析

刘坚

2022 (1): 397-404. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0379

摘要 ( 601 )

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低成本储能技术是碳中和目标下高渗透率可再生能源系统的重要支撑技术。现有储能技术经济性研究一般基于储能产品技术参数评估平准化充放电成本(LCOS)，缺少结合具体应用工况的储能技术路线对比分析。在未来以新能源为主体的新型电力系统中，储能的运行工况将发生明显变化，技术经济性定量预测研究是储能技术路线选择和激励政策设计的重要参考依据。本文尝试以国内西部地区新能源配置储能为案例，以LCOS为主线定量分析各类储能技术在新能源消纳应用场景下的成本变化趋势，并评估系统调峰时长、调峰频次、可再生能源弃电率等因素对储能需求规模及其LCOS的影响。

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