储能科学与技术

本期中英文目录

2023 (1): 0.

摘要 ( 84 )

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锂电池百篇论文点评（2022.10.01—2022.11.30）

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

2023 (1): 1-15. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0756

摘要 ( 585 )

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该文是一篇近两个月的锂电池文献评述，以“lithium”和“battery*”为关键词检索了Web of Science从2022年10月1日至2022年11月30日上线的锂电池研究论文，共有3301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和尖晶石镍锰酸锂的表面改性和体相掺杂，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。硅基复合负极材料的研究包括材料制备和对电极结构的优化以缓冲体积变化，并重点关注了功能性黏结剂的应用。金属锂负极的研究包含金属锂的表面修饰和无负极金属锂电池。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。其他电解液和添加剂的研究则主要包括不同电解质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。固态电池方向更多关注正极中离子、电子传输能力的提升。锂硫电池的研究重点是提高硫正极的活性，抑制“穿梭”效应。测试技术涵盖了锂沉积和硅负极演化等方面。电池工艺相关的研究工作侧重于电极极片制作和浆料的特性。

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碳电极浆料作为阴极材料的快速充放电铝离子电池

郭雨竹, 梁春军, 孙馥林, 宫宏康, 宋奇, 朱婷, 张晨晖

2023 (1): 16-22. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0497

摘要 ( 271 )

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[EMIM]Cl基铝离子电池是一种具有前景的储能器件。由于其能量密度高、价格低廉、安全性高等特点有望成为下一代储能体系。本工作介绍了一种原本用于钙钛矿太阳能电池丝网印刷技术的可高倍率充放电的低温导电碳电极浆料，可在1000 mA/g的电流密度下，实现快速充放电，比容量保持在75 mAh/g左右，其充电倍率可达12 C。通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及比表面积分析等表征手段，对低温导电碳电极浆料、天然石墨片以及石墨烯作为阴极材料所组装的铝离子电池的性能进行了比较和分析，发现快速充放电主要是由于其特殊的表面形貌以及较大的比表面积所导致的。通过X射线衍射等测试也可证明低温导电碳电极浆料作为阴极材料的比容量高于其他阴极材料。实现了高充放电电流密度的铝离子电池。

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多级碳复合的大尺寸硅颗粒在锂离子电池负极中的性能

郑瀚, 来沛霈, 田晓华, 孙卓, 张哲娟

2023 (1): 23-34. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0437

摘要 ( 251 )

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PDF(17393KB) ( 234 )

以光伏电池生产废料中的大尺寸硅颗粒(200～800 nm)为原料，水性聚氨酯(PU)和聚苯胺(PANI)作为碳源，通过液相包裹法和低温热解法制备了不同结构碳复合的硅碳负极材料(SPU与SPU#PANI)，分别研究了复合碳含量、微结构与元素掺杂对负极电化学性能的影响。SPU负极中碳复合量低，首次放电比容量高达2193.6 mAh/g，但循环稳定性差。经二级碳复合后的SPU#PANI导电性提高，在多孔碳微结构支撑作用下，不仅获得了较高的放电比容量(1488.8 mAh/g)，而且经100次循环后SPU#PANI放电比容量保持在756.8 mAh/g以上，表现出良好的倍率性能。研究结果表明，大尺寸硅颗粒表面复合了具备多孔结构的碳后，不仅为硅充放电过程中的膨胀提供了缓冲，也为锂离子传输提供通道，有效地提升了硅基负极的电化学性能和稳定性。本工作采用的多级碳低温热解复合方法，可为锂离子电池硅基负极产业化技术发展提供重要的借鉴。

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基于Ti基MXene的储钠负极及其性能调控机制

张文舒, 胡方圆, 黄昊, 王旭东, 姚曼

2023 (1): 35-41. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0513

摘要 ( 248 )

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PDF(3569KB) ( 234 )

二维MXene材料具有大且可调节的层间距，是一类备受关注的钠离子电池负极材料。为探究MXene材料储钠性能的调控机制，本工作选择Ti基碳化物MXene为目标材料，采用第一性原理计算预测和实验验证相结合的方法，研究了组成成分和结构调控对其储钠性能的影响。组成成分调控包括官能团取代和N对C的置换，结构调控主要是构建Ti₃C₂T _x MXene与过渡金属硫属化合物的异质结构。研究结果表明，含氧官能团和异质结构能够扩大MXene材料的层间距，防止层间堆叠；N置换可以增强电荷传输，有利于提高材料的结构稳定性和导电性，从而提高材料的比容量。其中构建异质结构对材料的性能改善作用最为显著。研究结果可为钠离子电池负极材料的选材提供理论依据，有助于开发高性能MXene基储钠负极材料。此外，本工作提出的分析方法也可以扩展应用到金属离子电池电极材料的结构和性能研究中。

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矿物基硫酸镁热化学吸附材料的制备与性能评价

张叶龙, 苗琪, 宋鹏飞, 谈玲华, 金翼, 丁玉龙

2023 (1): 42-50. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0429

摘要 ( 168 )

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本工作以凹凸棒土、硅藻土和膨胀蛭石三种矿物材料为载体，采用等体积浸渍法制备了矿物基硫酸镁热化学吸附材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面积与孔结构测试表征了矿物载体与矿物基硫酸镁复合材料的微观结构，并基于热失重(TG)、动态水蒸气吸附(DVS)和差示扫描量热(DSC)测试对复合材料的吸附/脱附动力学性能和储热性能进行了评价。研究发现，硅藻土的圆盘形微观结构有利于复合材料获得更快的脱附/吸附反应速率和更高的储热能力，其脱附反应热可达557.1 kJ/kg。此外，环境温度25 ℃、相对湿度85%为矿物基硫酸镁复合材料的最佳吸附反应条件。

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高镍NCA、NCM及NCMA材料循环容量衰减机理研究

俎梦杨, 张梦, 李子坤, 黄令

2023 (1): 51-60. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0434

摘要 ( 692 )

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为了对比铝(Al)、锰(Mn)元素对高镍正极材料循环性能的影响，明确镍钴铝(NCA)、镍钴锰(NCM)及镍钴锰铝(NCMA)三类高镍正极材料循环稳定性的差别以及循环过程中失效机理的差异，本工作选用3种相同镍含量的NCA、NCM及NCMA高镍正极材料对其循环性能以及循环过程中三者结构变化异同点进行了研究。研究结果证实，常温下3款高镍正极材料的循环性能排序为NCA>NCMA>NCM。通过微分容量(dQ/dV)曲线、扫描电子显微镜(SEM)等分析发现，相同阶段3种材料结构破坏程度排序为NCM>NCMA>NCA，电池在循环过程中的容量衰减很大程度上源自正极材料的结构破坏；进一步对3款正极材料在不同循环阶段的电化学交流阻抗谱(EIS)进行分析，发现循环过程中正极阻抗持续增大，且阻抗的增大明显受到晶体及二次颗粒结构变化的影响，电池循环稳定性与正极材料本身结构稳定性密切相关，最终造成3款高镍正极材料循环性能的差异。通过对三者循环性能的系统性对比与分析，加深了对高镍正极材料成分-结构-性能关系的理解，对于提升高镍正极材料的稳定性研究具有重要指导作用。

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基于LBM的多孔介质无机复合相变材料储能特性

崔婷婷, 王燕

2023 (1): 61-68. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0427

摘要 ( 206 )

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为了研究骨架形貌对无机复合相变材料(CPCM)相变储能特性的影响，基于格子玻尔兹曼方法，采用四参数随机生长法(QSGS)构造多孔介质骨架，建立随机分布的多孔介质CPCM相变模型，在此基础上，探究孔隙度(ε)、固相生长核分布概率(P_c)、方向生长概率(P_d)、瑞利数(Ra)对CPCM相变储能特性的影响。结果表明，ε越小，CPCM熔化时间越短，ε为0.70时的完全熔化时间相较于ε为0.90时缩短了23.63%。在相同ε(0.90)下，P_c增大或P_d减小，都有助于提高CPCM的熔化速度。Ra越大，自然对流强度越大，CPCM所需熔化时间越短，Ra为18000时CPCM所需熔化时间相较于Ra为1000时缩短了41.46%。本工作为研究多孔介质无机CPCM储能特性提供理论依据和参考。

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新型分叉翅片强化管壳式储能罐储热性能

毛前军, 朱元媛

2023 (1): 69-78. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0501

摘要 ( 248 )

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针对相变材料的质量和最大储热能力因翅片占据相变储能装置的部分体积而下降的问题，实现翅片结构优化具有重要意义。本工作在传统纵向翅片的基础上根据分叉形状提出了一种新型翅片来提高管壳式相变储能罐的储热性能，并针对该装置中相变材料带自然对流的熔化过程进行了三维数值模拟研究，分析了翅片数量、传热流体的入口温度和流速对相变材料熔化过程的影响。研究结果表明：与具有同等体积和数量的纵向翅片相比，新型分叉翅片显著加快了管壳式相变储能罐的蓄热过程。与无翅片和纵向翅片相比，新型分叉翅片使相变材料的熔化时间分别缩短了59.9%和23.4%，平均储热速率分别提高了142.1%和31.4%。在不改变翅片体积的前提下，增加翅片的数量可以减少相变材料的熔化时间，提高平均储热速率，但当翅片数量超过6时，对储热性能的进一步改善效果不明显。提高传热流体的入口温度和流速不仅可以缩短相变材料的熔化时间，也可以增加总储热量和平均储热速率。研究结果可为管壳式储能装置的结构优化和太阳能的高效利用提供一定的参考价值。

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N掺杂多孔碳海绵定形芒硝基复合相变材料的制备及其热性能

王亮, 柳馨, 汪长安, 铁生年

2023 (1): 79-85. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0451

摘要 ( 190 )

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芒硝相变储能材料作为一种潜热值高、来源广泛的无机水合盐，因存在相分层、过冷度等问题，限制了其在储能领域的广泛应用。本工作以N掺杂多孔碳为载体，将芒硝相变储能材料与N掺杂多孔碳复合，解决芒硝相变储能材料在实际应用中存在的问题。基于水热反应在聚氨酯泡沫上负载N原子，随后通过高温碳化得到N掺杂的多孔碳海绵(NPCS-M)，并将其作为Na₂SO₄·10H₂O/Na₂HPO₄·12H₂O共晶盐的载体，最终制备出N掺杂多孔碳海绵封装的芒硝基复合相变材料(NPCM)。结果表明：N掺杂多孔碳海绵为蜂窝状结构，N含量为4.3%，比表面积为42.52 m²/g，该材料对共晶盐的吸附量达到了自重的120倍。同时研究了该材料在5～60 ℃温度范围内循环1000次、3000次和5000次后的固液相变性能，经5000次循环后，该复合相变材料的潜热仍在130 J/g以上，且有降低共晶盐多次循环后过冷度的作用。该N掺杂多孔碳海绵复合相变材料在储能领域具有广阔的应用前景。

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钠离子电池锰酸钠正极材料研究进展与发展趋势

张凯, 徐友龙

2023 (1): 86-110. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0413

摘要 ( 880 )

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近年来，钠离子电池凭借钠资源储量丰富、分布广泛、价格低廉、绿色可持续发展、安全稳定、集成效率高、快速充电性能优异、低温性能好等一系列优势被认为是锂离子电池当前最好且最有发展前景的互补品，也是未来发展大规模电化学储能最具前景的系统之一。然而阻碍钠离子电池发展的因素是正极材料体系结构易发生相变、放电比容量不够高、循环性能不够好等问题。目前，钠离子电池正极材料的研究中过渡金属氧化物材料表现出更多样的结构种类、更优的结构稳定性、更高的比容量、良好的充放电循环性能和其他优异的电化学性能。本文针对锰酸钠正极材料微观以及宏观结构的研究进展进行归纳总结，着重对不同钠含量的锰酸钠材料通过三种不同位点(钠位、锰位和氧位)掺杂以及包覆的手段进行系统深入的研究，详细展示并论述了不同元素不同位点掺杂以及不同包覆手段所带来的增益效果。在未来的发展过程中，应加强对微观宏观结构的进一步提升，拓展多元素多位点掺杂种类、掺杂比例、搭配类型和包覆材料种类等，提升包覆技术，并不断加强钠离子电池电解液、负极材料等配件的创新与发展。

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绿氨能源化及氨燃料电池研究进展

陈永珍, 韩颖, 宋文吉, 冯自平

2023 (1): 111-119. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0390

摘要 ( 1152 )

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随着全球“减碳”目标的提出，氢气被认为是最理想的清洁能源，但是制取成本高、储存及运输困难等问题限制了氢的大规模能源化应用。氨作为氢的载体，具有“零碳”意义的绿氨越来越引起各国重视。本文通过对近期相关文献的探讨，综述了绿氨能源化的前景及氨燃料应用的进展。介绍了绿氨的来源，从绿氨生产成本、技术成熟度及政策因素等方面，分析绿氨规模化应用前景及面临的挑战。船舶运输及发电等是氨燃料的重要目标应用领域，但是还需要进一步解决氨的安全性、掺烧理论以及燃烧系统改造等难题。氨燃料电池是氨能源化的重要技术，本文详细介绍了氨燃料电池的研究进展，包括氧离子导电电解质固体氧化物氨燃料电池、质子传导电解质固体氧化物氨燃料电池、质子膜氨燃料电池和碱性氨燃料电池等。综合分析表明，全球减碳政策驱动因素是现阶段绿氨发展的重要推动力。质子膜氨燃料电池和碱性氨燃料电池在短期内将无法满足氨燃料的规模化应用，而固体氧化物燃料电池具有高度的燃料灵活性，是最有前景的氨燃料电池类型。

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十二水硫酸铝钾相变蓄热材料研究进展

毛发, 章学来, 华维三

2023 (1): 120-130. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0518

摘要 ( 370 )

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十二水硫酸铝钾[KAl(SO₄)₂·12H₂O]具有相变潜热高、价格低廉和安全无毒等优点，是一种来源丰富的中低温无机水合盐相变蓄热材料，可以广泛应用在谷电蓄热、建筑供暖、产品节能、太阳能热利用以及电池热管理等领域。过冷度大与导热系数低等诸多水合盐的共性问题，严重影响了其蓄放热性能。十二水硫酸铝钾的相变温度偏高，将其制备成共晶或非共晶复合相变材料可以降低相变温度，由此扩大应用范围。本文通过对近年来十二水硫酸铝钾相变蓄热材料相关文献的梳理，综述了减小过冷度、提高导热系数以及复合调温的策略，着重阐述了成核剂、导热增强剂以及调温剂对十二水硫酸铝钾热物性能的影响，并介绍了十二水硫酸铝钾及其复合相变材料的主要应用研究情况。最后，对未来相关工作的研究方向进行了展望，包括新型添加剂及其对基材作用机理的探索、大量的熔化-凝固循环后结晶水损失的抑制和热可靠性的保障，以及相关应用领域的进一步拓展，为促进十二水硫酸铝钾相变蓄热材料的发展和实际应用提供借鉴。

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管状固体氧化物燃料电池前沿技术研究进展

董乐贤, 郑群, 黄悦, 田志鹏, 刘建平, 王超, 梁波, 雷励斌

2023 (1): 131-138. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0528

摘要 ( 451 )

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管状固体氧化物燃料电池(SOFCs)因为具有启停速度快、热循环稳定性好、转换效率高、燃料适用范围广和排放物无污染等优点，是一种理想的发电装置。本综述对近5年管状SOFCs领域的相关文献信息进行了可视化分析，分析了论文的年度发表数量、关键词共现网络和全球文献数量分布。随后对该领域的前沿研究工作进行了调研和追踪，涵盖的范围有电池结构、制备方法和关键材料，这几方面是影响管状SOFCs工作效率、电输出性能、运行稳定性和成本的重要因素。在电池结构部分，讨论了各种支撑形式的技术特点，接着介绍了关于电池支撑结构改进和优化的最新研究成果；在制备方法部分，对相转化法、冷冻注模法和激光3D打印技术的应用进行了重点介绍；在关键材料部分，对组件材料的微结构调控和新材料开发进行了介绍。本文介绍的管状SOFCs近年来的代表性和创新性工作及对解决管状SOFCs存在问题的先进策略和方案，可为推动管状SOFCs技术的高质量发展和商业化应用提供指引。

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锰基钠离子电池正极材料Jahn-Teller效应抑制方法进展

王绍聪, 李伟, 黄瑞琴, 郭艺飞, 刘峥

2023 (1): 139-149. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0337

摘要 ( 1344 )

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本文对近些年国内外锰基钠离子电池正极材料Jahn-Teller效应抑制方法的研究成果进行了综述。目前抑制锰基电极材料Jahn-Teller效应方法主要有掺杂、包覆等。首先介绍钠离子电池正极材料中锰基层状过渡金属氧化物和Na₂MnPO₄F聚阴离子型化合物晶体结构和电化学性能；重点介绍了掺杂和包覆两种抑制手段及抑制效果，研究表明掺杂可以调控锰离子价态，稳定其结构不发生畸变，因而掺杂在抑制Jahn-Teller效应方面优于包覆。掺杂的研究热点主要涉及金属阳离子掺杂、非金属阴离子掺杂、氧空位生成，而能有效将电极材料与电解液隔离的包覆也在一定程度上抑制Jahn-Teller效应。最后总结指出抑制Jahn-Teller效应最有效的方法还是从材料结构入手，通过控制Mn—O键长来保证材料结构不会发生扭曲，同时Mn³⁺浓度也会相应降低。本文对于Jahn-Teller效应抑制方法的系统总结有望为日后提出新的抑制Jahn-Teller效应的方案提供理论基础。

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冷风送风方式对储能电池簇降温效果影响的模拟

葛苏槿, 张龙, 杨晓华, 单文豪, 徐广强

2023 (1): 150-154. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0461

摘要 ( 219 )

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PDF(4082KB) ( 204 )

储能电池簇工作期间释放的大量热易造成电池模块工作温度升高，从而影响系统的充放电性能及安全性能，有效的降温措施对于保证储能电池簇的安全高效运行具有重要意义。本工作利用CFD技术对上送风、下回风和下送风、上回风两种冷风送风方式下储能电池簇内冷空气的流动换热特性进行了数值模拟。并根据冷空气流场及温度场的模拟结果，对比分析了不同冷风送风方式对储能电池簇降温效果的影响。模拟结果表明：当送风方式为上送风、下回风时，冷风向下前方流动，靠近冷风入口处的正下方出现冷却盲区，该区域电池模块表面温度较高。该送风方式下，在距离顶部送风口2 m处实现冷风全覆盖。当送风方式为下送风、上回风时，冷风向上前方流动，靠近冷风入口处的正上方出现冷却盲区，相较于上送风方式，该方式下冷却盲区范围减少。在下送风、上回风的冷风送风方式下，在距离底部送风口1.5 m处实现冷风全覆盖，冷风覆盖范围增大，截面平均温度降低。由此可以看出，两种冷风送风方式相比，下送风、上回风的冷风送风方式对于电池簇的降温冷却效果更好。

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耦合LNG及ORC的液态空气储能系统热力学分析

肖力木, 高欣, 张世海, 文贤馗

2023 (1): 155-164. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0474

摘要 ( 274 )

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PDF(1902KB) ( 242 )

为了提高液态空气储能系统(B-LAES)的循环效率及压缩热的利用率，将液态天然气的冷能合理利用起来，提出了一种耦合液态天然气(LNG)和有机朗肯循环(ORC)实现冷热电三联供的液态空气储能系统，从导热油中压缩热的利用率、循环效率、电-电转化效率、?效率几方面对本系统进行分析。研究结果表明，通过合理综合利用导热油中的压缩热，压缩热利用率可达到96.67%，比B-LAES系统高约55%；通过耦合利用液态天然气(LNG)的冷能，系统循环效率可达93.20%，比B-LAES系统提高约16.9%；增加ORC系统可使系统电-电转化效率达81.34%，比B-LAES系统提高约42.2%。研究结果可为液态空气储能理论研究和应用提供一定的技术参考。

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新型蓄热体结构蓄热过程分析

胡自锋, 徐耀祖, 段振云, 商向东, 徐景久

2023 (1): 165-171. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0485

摘要 ( 249 )

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PDF(3279KB) ( 199 )

为提高工程实际应用中固体蓄热器蓄热体的蓄热能力，以碱性耐火材料MgO砖作为蓄热介质，设计一种新型蓄热体结构，基于物理参数非定值的热分析方法，对新型蓄热体结构的蓄热性能及温度分布情况进行分析。结果表明：目标蓄热时间下，传统蓄热体温度分布梯度较大，温度分布以蓄热体中心点为核心呈面性递减，整体温差值为227.0 K，新型蓄热体温度分布以横向轴线呈线性递减，整体温差值为107.8 K，较传统蓄热体整体温差值减小119.2 K，监测点温度偏差率降低5.7%；目标蓄热时间下，传统蓄热体网格节点温度在设计蓄热温度873 K温度段占比仅为8.7%，而在高温段占比达到70.1%，整体温度分布不均，新型蓄热体网格节点温度在设计蓄热温度873 K温度段占比达60.4%，未形成明显高温段，整体温度分布更优；目标蓄热温度下，新型蓄热体结构的实际蓄热容量达到理论蓄热容量的96%，较传统蓄热体提升16%，同时相同蓄热容量下体积仅有传统蓄热体的83%，能有效提高蓄热体蓄热能力，相应降低蓄热成本，有利于市场推广。

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飞轮储能辅助风电一次调频仿真分析

陈俊涛, 王亚军, 宋顺一, 曲文浩, 柳亦兵

2023 (1): 172-179. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0489

摘要 ( 311 )

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随着风电比重的迅速增加，电力系统的频率稳定性问题也愈加严重。基于Matlab/simulink仿真研究在一定风电渗透率的区域电网中，采用飞轮储能辅助风电进行一次调频的作用和效果。首先，采用简化的线性频率控制建立飞轮储能辅助风电一次调频控制模型，根据传递函数分析飞轮储能参与一次调频的频率特性，然后在负荷功率发生阶跃扰动和连续扰动的情况下，通过时域仿真对区域电网频率特性进行仿真论证，通过对比得出结论，配置一定比例的飞轮储能系统可以迅速响应频率偏差信号，在一次调频仿真过程中系统最大频率偏差以及稳态偏差都得以减少，满足电力系统的性能指标要求，有效提高系统的频率质量。

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相变储冷技术及其在空调系统中的应用

李沐, 李亚溪, 李传常

2023 (1): 180-197. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0498

摘要 ( 645 )

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PDF(20956KB) ( 445 )

储能是实现“双碳”目标的关键支撑技术之一。相变储能因能实现能量的存储及释放、有效提高能源利用效率，是目前解决能源供需不平衡问题的重要途径。随着人们对冷能需求的增长，相变储冷技术受到了研究者的广泛关注，但与传统相变储热技术相比，相变储冷技术这一领域的综述文章还较少。本文梳理了相变储冷技术的基本工作原理和特点，介绍了应用于储冷空调系统相变材料的不同种类、性质及其优缺点，阐述了相变储冷关键技术，包括物性提升关键技术、传热强化关键技术、封装定型关键技术，分析了储冷空调中的不同储冷器件结构(板式、球式、螺旋管式、壳管式)和应用技术。进而总结了相变储冷技术在常规储冷空调系统及冷链运输储冷空调系统中的应用。本文对储冷技术目前的发展现状及前景分别做出了较全面的总结和分析，指出了相变材料性能的改善、储冷器件的传热强化、空调系统的COP和节能率的提升、保持系统的长期稳定运行是今后对储冷空调系统的研究重点。

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锂离子电池内短路检测算法及其在实际数据中的应用

潘岳, 韩雪冰, 欧阳明高, 任华华, 刘巍, 闫月君

2023 (1): 198-208. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0452

摘要 ( 803 )

HTML ( 100 )

PDF(5843KB) ( 790 )

锂离子电池被广泛应用于电动汽车领域和储能领域，锂离子电池内短路可能导致电池热失控，是潜在的安全威胁。为了检测电池是否发生内短路，本工作提出了一种基于长周期运行数据的锂离子电池内短路检测算法，本算法综合考虑内短路引起的一致性差异、自放电效应和异常温升效应，并对相关特征进行了指标提取，利用聚类算法对内短路电池进行精准定位，并借助归一化分数进行分级故障报警。本工作借助多个电池包的长周期运行数据对算法的有效性进行分析，分析结果证明本工作所提出的算法具有很高的检出率和较低的误报率。

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模型与数据双驱动的锂电池状态精准估计

陈清炀, 何映晖, 余官定, 刘铭扬, 徐翀, 李振明

2023 (1): 209-217. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0508

摘要 ( 282 )

HTML ( 37 )

PDF(3169KB) ( 273 )

针对电池荷电状态估计常用的模型驱动法与数据驱动法的缺点，本工作提出了一种模型与数据双驱动的锂电池状态精准估计算法。在建立经典二阶电池模型后，先使用扩展卡尔曼滤波器与无迹卡尔曼滤波器组成的双卡尔曼滤波器进行初步的锂电池系统状态估测，再将初步的估算结果输入LSTM神经网络实现误差纠正，得到最终估测结果。本工作利用来自NASA PCoE的电池数据集对单驱动算法和双驱动算法分别进行了性能测试，结果表明双驱动法在降低了估算系统对数据依赖性的同时提高了估算精度以及算法鲁棒性，结合了两种单驱动法的优点并弥补了各自的缺点，得到了较为优异的结果。

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过充、过热及其共同作用下车用三元锂离子电池热失控特性

何骁龙, 石晓龙, 王子阳, 韩路豪, 姚斌

2023 (1): 218-226. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0391

摘要 ( 470 )

HTML ( 69 )

PDF(10720KB) ( 344 )

锂离子电池作为目前电动汽车的主要能源电池，其在外界滥用条件下的热失控问题受到广泛关注，研究不同滥用下尤其是多种滥用共同作用下的电池热失控特性可有效提高电池使用安全性。本工作以车用50 Ah方型动力三元锂离子电池单体作为研究对象，利用大功率充放电循环仪和电加热装置，进行了1 C倍率过充、150 W局部过热及其共同作用下的电池热失控实验。对不同工况下热失控实验现象、质量损失、温度变化、升温速率变化、升温部位和电压变化等实验结果进行对比分析，结果表明：过充过热共同作用下电池热失控具有更大危险性，电池热失控时间比单一滥用减少约35%，热失控时电池SOC比过充减小约35%，电池电压会出现“持续上升—突降至零”现象。本研究可为车用三元锂离子电池热管理系统安全设计提供参考。

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混合加热反应器内Ca（OH）₂/CaO热化学储能体系实验

张志浩, 靳晓刚, 包恒兴, 凌祥

2023 (1): 227-235. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0450

摘要 ( 300 )

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PDF(3072KB) ( 132 )

热化学储能(thermochemical energy storage，TCES)技术是未来可再生能源社会最具前景的技术之一。Ca(OH)₂/CaO TCES体系因其储能密度较高、环境友好、廉价等特点受到人们的广泛关注。本工作建立了一个直接与间接混合加热的固定床反应器实验平台，进行了空气氛围下的储/释热实验，探究了混合加热反应器内的储热特性与限制因素，并在此基础上探究了在反应器尺度改善循环性能的可行方案。实验研究表明，采用直接与间接混合加热的方式，使得反应呈现向心推进与逐层推进相结合的形式，增进了储能反应的速率；反应性能随着循环次数增多逐渐下降，5次循环后的储能反应最大转化率降低了5.6%，10次循环相较于5次循环的反应最大转化率降低了3.8%。TG实验与粒径测试结果表明，空气中CO₂是造成循环性能下降的主要因素；提高脱水温度可以有效恢复循环性能，650 ℃时所提供的过余温度可以有效降低反应物中CaCO₃的含量。

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基于VMD-PSO-GRU模型的锂离子电池剩余寿命预测

刘芊彤, 邢远秀

2023 (1): 236-246. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0491

摘要 ( 430 )

HTML ( 33 )

PDF(2085KB) ( 283 )

准确预测锂电池的剩余使用寿命(remaining useful life， RUL)对降低电池使用风险和保证系统的安全运行起着非常重要的作用。为了消除电池容量序列受容量再生等影响，提高预测结果的准确性和稳定性，提出了一种基于变分模态分解(variational modal decomposition，VMD)与参数优化的门控循环神经网络(gate recurrent unit，GRU)相结合的RUL预测模型。首先采用VMD算法将锂电池的容量序列分解为一系列平稳分量；然后采用多层GRU网络对各分量进行预测，针对预测结果不稳定的问题，在模型训练前利用粒子群算法(particle swarm optimization， PSO)对GRU模型的参数进行优化；最后叠加各分量的预测值作为最终预测结果。在NASA数据集上对本模型进行了验证，当采用20个已知电池序列数据预测时，预测结果的最大平均绝对百分比误差和均方根误差控制在0.88%和0.0148以内，RUL预测的最大误差不超过2个充电周期，具有较高的鲁棒性和预测精度。

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脂肪酸相变储能板性能及控温效果模拟

李琳, 王宇, 钱雯艳, 李东旭

2023 (1): 247-254. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0503

摘要 ( 150 )

HTML ( 23 )

PDF(2324KB) ( 88 )

以膨胀珍珠岩(EP)作为载体，选取CA-MA二元脂肪酸为相变芯材，通过熔融吸附法制备CA-MA/EP定形相变材料。为缓解固-液相变过程中脂肪酸的渗漏问题，采用白乳胶对CA-MA∶EP质量比为1∶1的定形相变材料进行包覆，将该定形相变材料掺入石膏基体中制备脂肪酸相变储能板，并对其进行了热导率、热物性及比热容的测试。结果表明，渗出稳定性评价证实了白乳胶包覆有效降低了脂肪酸从载体孔隙中渗出，CA-MA/EP定形相变材料的质量损失率由8%降低至4%，进一步强化了EP对于脂肪酸芯材的定形效果，有利于提高相变储能板使用过程中的长期储能稳定性和美观性。包覆后CA-MA/EP定形相变材料的相变温度和相变潜热分别为24.64 ℃和58.07 J/g。相变储能板的相变温度和相变潜热分别为24.62 ℃和29.10 J/g，其热导率随着定形相变材料掺量的增加而逐渐降低。利用Energy Plus软件对徐州夏季气候条件下基于相变围护结构的建筑室内温度波动进行模拟，证实了相变储能板具有隔热控温效果。

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锂离子电池加速循环测试研究

韩江浩, 王晓丹, 李奇松, 李慧芳, 王睿, 许刚

2023 (1): 255-262. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0448

摘要 ( 560 )

HTML ( 99 )

PDF(3131KB) ( 479 )

以圆型21700 4.8 Ah电池为测试样本，采用零和脉冲法进行加速循环测试研究。以所筛选的10%SOC作为最优的荷电态测试区间，对3种不同正负极材料组成的实验电池进行7天的加速循环测试，以基准电池参数为对比，综合多种参数对电池循环性能优劣进行分析评价。通过对电池加速循环前后的容量保持率分析，即可获得与常规循环测试一致的测评结果：负极二元化电池的放电容量保持率最高，为99.75%，其次是基准方案电池，为99.43%，而正极二元化电池的放电容量保持率最低，为96.33%。此外，通过对电池在加速循环过程中的直流内阻和极化电压增长率的分析，正极二元化电池的增长率远高于其他两种电池。进一步通过对电池瞬时及弛豫阻抗的拆解分析，可知导致正极二元化电池循环较差的原因主要是其正极及负极上均发生了大量的副反应，由于界面膜增厚及沉积物增多导致固相扩散阻抗增大，因此弛豫阻抗增长率达40%。通过对循环后电池进行EIS测试及正负极的物性分析发现，正极二元化电池的扩散阻抗显著较高，且其正极二次颗粒碎裂程度较高，此结果可初步解释正极二元化电池在加速循环中因正极碎裂引发副反应导致固相扩散阻抗增长率较高的现象。该加速循环测试方法以实际循环制式为依据，不引入额外的温度及倍率等应力影响因素，通过对各种测试参数的综合分析，达到定性判断实验电池循环性能优劣的目的，不仅可以大大缩短电池循环测评周期，同时可以为电池循环衰减原因分析提供依据。

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锂离子电池无损析锂检测研究进展

邓林旺, 冯天宇, 舒时伟, 郭彬, 张子峰

2023 (1): 263-277. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0428

摘要 ( 1207 )

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PDF(4486KB) ( 1144 )

人们对新能源汽车快速充电的需求与现有纯电动汽车的充电效率之间的矛盾将会越来越突出。锂离子电池在正常充电速率下，锂离子嵌入石墨负极；当充电倍率逐渐增大时，金属锂来不及嵌入石墨层状结构时便会沉积在石墨颗粒表面，出现“析锂”现象。当析锂现象随时间慢慢累积后，电池容量渐渐降低，严重时甚至会发生热失控事件。在锂电池早期发展阶段，检测析锂非常具有挑战性，且主要基于拆解电池后的形貌检测，这类检测方法对电芯造成了不可逆的损坏，无论是在后期研究还是实际应用中都是非常不友好的方式。近年来，研究人员已经提出了许多无损(即非拆解的方式)析锂检测方法，本文综述了无损析锂检测的方法，将其分为四类：①基于锂引起电芯老化的检测方法；②基于锂引起阻抗变化的检测方法；③基于锂引起电化学反应的检测方法；④基于锂引起电芯物理化学特性变化的检测方法。本文系统地对现有的无损析锂检测方法的原理、优缺点进行了概述，并对目前无损析锂检测方法进行了总结与展望，以提出这一不断发展的研究领域的技术现状和当前的研究空白。

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锌离子电池低温性能研究进展

袁紫微, 林楚园, 袁紫嫣, 孙晓丽, 钱庆荣, 陈庆华, 曾令兴

2023 (1): 278-298. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0436

摘要 ( 550 )

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PDF(16286KB) ( 255 )

新兴的可充电锌离子电池具有高安全性、环境友好、低成本、操作简单等优势，因此成为极具应用前景的下一代储能设备之一。然而，其在低温条件下展现出较低的放电容量以及功率密度，有时甚至无法正常运行，严重制约可充电锌离子电池的实用性。因此，本文对近期相关文献进行探讨，从电极材料的设计、优化电解质以及改进其他组件三个方面综述了提高锌离子电池低温性能的策略，着重介绍了晶体工程和组分设计在提高电极材料低温离子传导率方面的作用机制。对于电解质优化策略，重点分析了水系高浓度电解质、有机电解质、准固态/固态电解质、电解质添加剂、共晶电解质五种方法对降低电解质凝固点和提升锌离子电池低温电化学性能的机理。此外，简要阐述了高亲水性黏结剂以及高电导率隔膜等改进方法。综合分析表明，通过晶体工程、准固态/固态电解质和电解质添加剂等多种策略的协同耦合，有望实现研制具有高比容量、长循环稳定性和大倍率性能的低温锌离子电池。

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基于功率和容量补偿的火/储AGC调频可行性分析与启示

杨水丽, 林伟芳, 崔艳妍, 王二军

2023 (1): 299-311. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0455

摘要 ( 297 )

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随着“十四五”能源结构优化调整的推进，电网固有调频惯量减少，规模化电化学储能系统投入调频市场，其技术与经济可行性受到业界关注。针对当前AGC调频在功率与容量两种补偿方式下，何种方式更能体现储能性能优势且可越过收益的盈亏平衡点等问题，基于考核与补偿中的关键参量，建立了考虑电池储能系统功率与容量特性的火/储联合AGC调频的功率补偿和容量补偿数学模型，确定两种补偿方式下影响收益的性能特征量，选取调节性能中的爬坡速率为桥接参量，构建了功率和容量补偿单价与爬坡速率间的关联关系，提出了获得同等收益下的功率与容量补偿单价比率，通过补偿单价比率对比分析了两种补偿方式下的测算模型对储能参与AGC差调频性能与收益表征的充分性。算例基于调频需求较大但补偿方式不一的，以功率补偿为代表的广东省和容量补偿为代表的陕西省典型日运行数据，通过仿真计算得出技术与收益测算结果，并进行了比对分析，得出了两种补偿方式下的经济可行性比对结果，为储能在调频电力市场的投资决策提供借鉴与参考。

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规模化多元电化学储能度电成本及其经济性分析

刘阳, 滕卫军, 谷青发, 孙鑫, 谭宇良, 方知进, 李建林

2023 (1): 312-318. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0348

摘要 ( 483 )

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多元储能技术作为优化能源结构、促进新能源开发和保护生态环境的重要手段是构建新型电力系统的关键环节。本工作根据储能规模化发展需求，聚焦规模化多元电化学储能的度电成本与经济性。文章从多元电化学储能技术的应用现状出发，考虑到电化学储能的成本构成和特性，建立了多元储能优化全寿命周期LCOE模型，对电化学储能技术的经济性进行了测算。分析表明，提高电化学储能经济性的关键在于降低储能的初始投资成本或单位容量成本。最后，结合我国国情对规模化电化学储能的经济发展进行了总结与展望。

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碳中和目标下的微网运行经济性分析

王雷, 王鑫, 张蓉蓉, 刘宗浩, 穆生胧, 陈刚

2023 (1): 319-328. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0430

摘要 ( 188 )

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在当前“双碳”背景下，许多企业都在探索用户侧分布式新能源的应用。本研究集光、储、用等诸多元素于一体，搭建起工商业用户侧分布式新能源智能微网。截至目前，微网经过5年时间的实际运行，验证了谷电峰用、需求侧容量管理、需求响应等多种微网模式，理想条件下单独运行年收益分别达到24.88万元、26.40万元、32.88万元，并探索了多模式协调运行策略。运行数据统计表明：利用分布式新能源以及储能系统构建的智能微网，在主控系统的协调控制下，实现了工商业用户侧百分百的绿色能源供应，实现了碳中和目标，通过微网多模式协调运行，年收益可达52.29万元，远超其他单一运行模式收益，为分布式新能源智能微网的应用和推广起到了一定的示范和参考作用。

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