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2023年, 第12卷, 第4期　刊出日期：2023-04-05 上一期   



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本期栏目： 储能材料与器件　 储能系统与工程　 储能测试与评价　 储能技术经济性分析　 资讯聚焦　

本期中英文目录 2023 (4):  0.  摘要 ( 42 )   PDF(1922KB) ( 39 )   相关文章 | 计量指标

储能材料与器件

O3-NaNi0.4Fe0.2Mn0.4O2 正极Na+ 传输动力学及相变机制 周亚男, 滑纬博, 周德重 2023 (4):  1011-1017.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0705 摘要 ( 445 )   HTML ( 105 )   PDF(5042KB) ( 470 )   钠离子电池因其成本低廉、环境友好且与锂离子电池工作原理相似，在大规模储能领域极具应用潜力。作为决定电池能量密度的关键组成部分，O3型钠基层状过渡金属氧化物因高容量、合成简单等优势在众多正极材料中脱颖而出。然而，Na+在O3结构中八面体位点间的迁移需克服较大的能垒，最终导致复杂反应相变的发生和容量快速衰减。因此，探究O3型正极材料电化学反应过程中Na+脱嵌行为与结构演变的构效关系对开发高性能正极材料至关重要。本工作以O3-NaNi0.4Fe0.2Mn0.4O2(O3-NFM)正极为研究对象，对其电化学性能、Na+传输动力学性质及相变机制展开了系统研究。电化学测试结果表明，O3-NFM在充电至高压(4.3 V)时可脱出0.84 mol Na+，发挥约201.9 mAh/g的比容量，但可逆性欠佳。当截止电压为4.0 V时，该正极材料循环性能优异，原位XRD结果进一步证明了电化学反应过程中O3-P3/O3-P3-P3/O3-O3的可逆结构转变。循环伏安(CV)曲线和恒电流间歇滴定技术(GITT)结果表明其具有快速的钠离子扩散速率，从而表现出较好的倍率性能。本研究为探索以O3-NFM为基础的正极材料结构设计及性能调控提供了理论基础。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

高阻燃硫正极的制备及其性能 张顺, 曾芳磊, 李宁, 袁宁一 2023 (4):  1018-1024.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0772 摘要 ( 234 )   HTML ( 41 )   PDF(4281KB) ( 174 )   本工作系统研究了锂硫电池硫正极中添加不同含量的六氯环三磷腈对硫正极阻燃性能和电化学性能的影响。通过燃烧实验，发现六氯环三磷腈的加入可使硫正极表现出优异的阻燃性能。此外，通过借助扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）技术和电化学性能测试等手段，对比了添加和未添加六氯环三磷腈硫正极循环前后的表面形貌、组成成分和电化学性能。结果表明，当六氯环三磷腈添加量为10%时，硫正极表现出最优的循环性能和库仑效率。在0.2 C电流密度下，硫正极中添加量为10%六氯环三磷腈的锂硫电池在100次循环后放电比容量仍保持在975.2 mAh/g，明显优于硫正极中未添加六氯环三磷腈的锂硫电池。而且，添加六氯环三磷腈的硫正极材料分散均匀，即使循环100次后，也未出现明显的裂纹，阻抗也未明显增加。此外，通过六氯环三磷腈和多硫化锂的反应实验，发现六氯环三磷腈的存在有助于锚定充放电中间产物多硫化锂，进而抑制多硫化锂的穿梭，提升锂硫电池的电化学性能，这为提高阻燃锂硫正极材料的电化学性能提供了新的思路。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

功能化氧化石墨烯作为锂硫电池正极硫载体的性能研究 谭超, 王超 2023 (4):  1025-1033.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0727 摘要 ( 246 )   HTML ( 41 )   PDF(7834KB) ( 126 )   随着便携式电子设备、新能源电动汽车和储能电网的快速发展，人类对经济高效的电化学储能(EES)系统的需求越来越大。锂硫电池由于成本低、取材广、效率高、质量轻、硫元素零污染等优势，已成为当前EES系统中应用范围最广的储能器件之一。然而，因正极硫的利用率低、锂枝晶生长、体积膨胀和长链多硫化物的穿梭效应等问题，严重制约了其商业化进程。因此，寻找新的硫宿主材料迫在眉睫。本工作通过开发煤基氧化石墨烯复合材料试图解决上述问题，设计了一种含氧官能团的煤基氧化石墨烯，对多硫化物的空间限域或物理捕捉。并通过煤基石墨烯(G)和被氧化后的煤基氧化石墨烯(GO)，组装成完整的扣式锂硫电池；实现了在高倍率3 C条件下进行500次长循环，比容量从初始622.5 mAh/g维持到448.2 mAh/g，比容量保持率为72%，比容量的衰减率为0.056%，经过多次验证，得出含有丰富功能基团的煤基氧化石墨烯能够为中间产物多硫化锂提供更丰富的极性位点，在一定程度上显示出更高的亲硫性，再经过一系列的电化学表征来证明该材料在锂硫电池中的优势，为锂硫电池的进一步发展提供借鉴和方法。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

多孔NiMoO4/NiCo2S4 复合材料的制备及其电化学性能 王跃迪, 仇中柱, 吴渺, 朱燕艳, 屈蒙 2023 (4):  1034-1044.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0671 摘要 ( 231 )   HTML ( 37 )   PDF(7978KB) ( 111 )   超级电容器因其功率密度高、充放电迅速、循环寿命长等优点被认为是一种极具发展前景的新型储能装置，其中电极材料的研究是超级电容器发展的关键，材料的微观结构很大程度上决定了材料的电化学性能。本工作采用水热法及热处理制备了NiMoO4/NiCo2S4复合材料，并应用于超级电容器电极。对纳米复合材料的组成及微观结构通过X-射线衍射(XRD)、能量色散X-射线能谱仪(EDS)、X-射线光电子射线能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和氮气吸脱附法进行表征，结果表明复合材料具有多孔三维网状结构，其独特的结构减少了NiMoO4的团聚，增加了材料比表面积，展现出更加优异的电化学性能：在1 A/g的电流密度下，比电容为847.2 F/g(高于NiMoO4电极的576.1 F/g和NiCo2S4电极的734.3 F/g)，即使在10 A/g的电流密度下仍保留466.7 F/g的比电容。当NiMoO4/NiCo2S4复合材料作为正极、活性炭作为负极构成非对称超级电容器时，在1 A/g的电流密度下循环2000圈后，仍保留76%的比电容，具有良好的循环稳定性。本研究对NiMoO4作为超级电容器电极材料的发展提供参考，为高比电容、高循环稳定性电极材料的研发提供实验依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

原位固化对硅氧负极性能的影响 张文, 李爽, 陈诚, 谌强 2023 (4):  1045-1050.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0718 摘要 ( 286 )   HTML ( 69 )   PDF(3103KB) ( 194 )   利用聚合物单体与引发剂在加热情况下能自发聚合的特点，在硅负极电解液中引入高离子电导率单体和引发剂，注液后采用热聚合的方式制备了原位固化的硅负极电芯。通过充放电设备测试了电芯的循环、倍率等性能，通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱仪(XRD)、电化学工作站以及压汞仪等表征测试手段，对硅负极极片形貌和电化学性能进行表征。结果表明，固化后电芯常温0.5 C循环次数为349周，相比于液态电芯的230周，循环次数提升51.74%，同时固化后硅负极极片膨胀率相比液态电芯降低4.6%，极片孔隙率降低3.8%，且减少了循环后EIS和DCIR的增长，电芯性能明显优于液态电芯。从极片表征结果看出，固化可以改善硅负极极片界面，在硅负极表面和极片孔隙内形成一层聚合物电解质层，避免硅负极在嵌锂时膨胀粉化脱落，并稳定极片离子和电子导电网络。本研究有助于推动硅负极应用，为高能量密度电池技术的研发提供实验依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

碳还原法制备棒状硅基材料及其在锂浆料电池中的应用 阮晶晶, 刘福园, 李珅珅, 高桂红, 刘艳侠 2023 (4):  1051-1058.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0751 摘要 ( 224 )   HTML ( 38 )   PDF(5806KB) ( 117 )   以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为结构导向剂，正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，柠檬酸为碳源，采用水热法得到凝胶状二氧化硅/碳前驱体，采用旋转蒸发方式去除溶剂，通过高温热处理，得到棒状硅氧基碳负极活性材料，提高浆料体系无紧密束缚环境下硅碳材料的性能。借助X射线衍射(XRD)仪、无机元素分析(EA)仪、比表面积及孔隙度分析仪和扫描电子显微镜(SEM)对棒状硅基材料进行结构和形貌表征。结果表明，合成的棒状硅基材料首尾相连，形成莲藕链束，长度约为1～3 μm，直径约为200 nm，孔径为6.9 nm，比表面积为282 m2/g。与管长>5 μm，比表面积900 m2/g，直径1～2 nm的单壁碳纳米管导电剂在电解液体系中形成长程、短程互补的多级网络，加上大量介孔的存在，有利于保持浆料悬浮稳定性。用世伟洛克电池进行电化学性能测试，电化学测试结果表明首次放电比容量为1300 mAh/g，充电比容量为726 mAh/g，首效为55.8%，在0.05 C下，循环50次充电比容量从726 mAh/g变为557 mAh/g，比容量保持率为76.7%。本工作在用P123为结构导向剂制备二氧化硅的过程中，引入碳源，得到同时具有碳包覆和碳还原二氧化硅的硅基材料，避免使用镁热还原二氧化硅，再碳包覆带来的复杂工艺流程。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于原位参比的氧化亚硅-石墨复合负极循环衰减机制 宋缙华, 张兴浩, 丰震河, 程广玉, 顾洪汇, 顾海涛, 王可 2023 (4):  1059-1065.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0752 摘要 ( 295 )   HTML ( 44 )   PDF(4987KB) ( 189 )   为了研究氧化亚硅和石墨在复合应用时的循环衰减机制，本工作通过在循环过程中增加小电流可逆容量标定，消除了电压极化对衰减行为的影响。通过在软包装电池内部预先埋入参比电极，对比不同循环次数时正极和负极的电化学特征变化，利用负极微分曲线解析氧化亚硅和石墨的去锂化容量演变过程和衰减程度。同时，结合交流阻抗谱(EIS)、扫描电子显微技术(SEM)、元素能谱(EDS)和等离子体发射光谱(ICP)等测试。结果表明，造成电池循环衰减的主要原因是活性锂损失和氧化亚硅衰减，两者造成的容量损失分别为0.45 Ah和0.36 Ah。负极衰减速率明显快于正极，循环600次后，负极中石墨和氧化亚硅的衰减程度分别为2.2%和30.3%。电池在循环过程中产生了新的界面阻抗，所有动力学阻抗参数呈逐渐增大的趋势。拆解电池发现，循环后负极发生了严重的体积膨胀和副反应，导致锂损失在负极并失活，引起界面阻抗的增长和电池容量的衰减。本研究可以无损定量识别氧化亚硅和石墨在循环过程中的衰减程度，为含硅复合负极的工程化应用提供了研究基础。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

一步水热法制备三维石墨烯/Fe3O4 复合材料及其储锂性能 成雪莉, 张维福, 罗城城, 袁小亚 2023 (4):  1066-1074.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0761 摘要 ( 198 )   HTML ( 28 )   PDF(4585KB) ( 106 )   Fe3O4作为锂离子电池负极材料，在充放电时体积变化较大，导致其容量衰减严重。目前，碳包覆是解决这个问题的主要方式之一。本工作以氧化石墨烯(GO)和Fe2+为原料，用一步水热法合成了三维石墨烯片包覆Fe3O4纳米颗粒3DG@Fe3O4复合材料。使用傅里叶红外光谱(FT-IR)仪、热重分析(TGA)仪、X射线衍射(XRD)仪、拉曼光谱(Raman)仪、扫描电子显微镜(SEM)对复合物进行表征，研究结果表明，复合材料呈现石墨烯(G)片包覆Fe3O4纳米颗粒的三明治结构。同时采用了恒流充放电(GCPL)、循环伏安(CV)以及交流阻抗(EIS)等电化学测试方法，着重研究了Fe3O4含量对其电化学性能的影响，Fe3O4质量分数为83.2%的3DG@Fe3O4-2电极具有最高的比容量和循环性能，在0.1 A/g的电流密度下的首次放电比容量为1412.33 mAh/g，循环100次后的放电比容量为577 mAh/g，是纯Fe3O4电极材料经历100次循环后的6.5倍。一步水热合成方法具有操作简单、合成条件温和及无需额外添加还原剂等优点；制备的复合电极相比纯Fe3O4具有电极容量高、循环稳定性能好的优势，有助于推动Fe3O4基负极材料在电化学领域中的应用。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于Bi3+ 过膜缓释策略的在线铋沉积对铁铬液流电池性能的影响 杨基鹏, 叶强 2023 (4):  1075-1082.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0688 摘要 ( 238 )   HTML ( 24 )   PDF(3291KB) ( 119 )   大规模、低成本长时电能储存的迫切需求再次激发了人们研究和开发铁铬液流电池的兴趣。降低析氢副反应速率并提高负极电化学反应活性是提高铁铬液流电池系统效率、降低运行成本的关键。负极铋催化剂的在线沉积已被证明是提高负极性能的有效方法，但关于铋载量对电池性能的影响、以及高效均匀的铋沉积策略目前还缺乏系统的认识和深入的研究。本文针对提升催化剂沉积均匀性的难题，首次提出了基于铋离子由正极电解液承载过膜穿透至负极的缓释沉积策略。通过在正极电解液添加不同浓度的BiCl3，研究沉积速率和铋载量对铁铬液流电池性能的影响。研究发现，随着负极铋载量的持续增加，铁铬液流电池的库仑效率也有显著且持续的提高，这归因于电池负极的析氢量有所减少。此外，铋在负极的原位沉积也有助于提高铁铬液流电池的电压效率，表明Cr2+/Cr3+的反应活性增强。在正极电解液内初始铋离子浓度为10 mmol/L的条件下，电池的库仑效率最高提升到97%，电压效率可达90%，相应的循环能量效率达到87%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

ZIF-8复合PEO基固态电解质的制备与改性研究 黄渭彬, 张彪, 范金成, 杨伟, 邹汉波, 陈胜洲 2023 (4):  1083-1092.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0532 摘要 ( 421 )   HTML ( 33 )   PDF(4548KB) ( 276 )   在聚环氧乙烷(PEO)基固体聚合物电解质中加入无机填料，是一种低成本、有效改善其力学和电化学性能的方法。为了更有效地改善PEO基固态电解质的电化学性能，本工作采用流延法制备了纳米沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)与聚氧化乙烯(PEO)复合的固态电解质。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等物理表征和电化学阻抗谱(EIS)、伏安线性扫描(LSV)、充放电循环等电化学测试手段，证明了加入20%ZIF-8纳米粒子的PEO基复合固态电解质CPE20具有最小的体电阻、较宽的电化学稳定窗口与最低的活化能(8.4×10-3 eV)；20 ℃时，其电导率达到了4.9×10-5 S/cm(比纯PEO高一个数量级)；70 ℃时，其电导率为1.08×10-3 S/cm(与液态电解液相当)；CPE20的锂离子迁移数提高至0.46，而纯PEO基固态电解质为0.36；采用CPE20制备的LiFePO4||Li电池在室温下具有良好的容量和循环性能，而且容量保持率超过96%。加入适量的惰性填料ZIF-8时，可以有效降低聚合物的结晶度，增加聚合物的非晶区，促进锂盐的溶解，提高锂离子的迁移率，使复合固态电解质具有更加优异的电化学性能。因此添加ZIF-8的PEO基固相聚合物在固态金属锂电池中具有广阔的应用前景。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Li/CF x 一次电池研究进展 汤才, 蒋江民, 王新峰, 刘广发, 崔艳华, 庄全超 2023 (4):  1093-1109.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0720 摘要 ( 518 )   HTML ( 50 )   PDF(16378KB) ( 238 )   锂/氟化碳(Li/CF x )一次电池是目前能量密度最高的化学电源，具有输出电压稳定、安全性好、使用温度范围宽和自放电率低等特点，在军事(单兵作战系统)、医疗(心脏起搏器)、太空探索(空间站)等关键领域具有无可替代的重要性。然而，氟化碳材料的电子导电性较差，很大程度地影响了电化学反应的电极过程动力学，导致Li/CF x 一次电池存在高倍率放电性能差、初始放电电压延迟严重、放电过程中发热量大等问题。本文通过对近期相关文献的探讨，首先综述了Li/CF x 一次电池在放电机理方面的研究进展，包括两相放电反应机理模型、生成石墨层间化合物中间相的放电反应机理模型、“核-壳”模型反应机理和边缘传播放电反应机理以及最近刚被提出的三步放电反应机理等。其次，重点分析了Li/CF x 一次电池面临问题的解决方法，包括氟化碳材料前驱体的选择、氟化方法的改进、复合材料的构建以及电解液的改性和优化方法。其中，氟化碳纳米管、氟化富勒烯、氟化石墨烯等新型氟化碳基材料的应用为氟化碳的发展提供了新的前景。在复合材料的构建策略上，导电聚合物、金属纳米颗粒、氧化物的加入可显著降低电压延迟时间和提升倍率性能。在电解液的调控策略上，氟离子结合剂的引入和氟化锂晶体生长动力学的计算，对于溶解氟化锂和控制氟化锂的生长具有重要作用，有望实现兼具高能量密度和高功率密度的宽温域Li/CF x 一次电池。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

微胶囊相变储能材料的合成及其应用研究进展 张琦, 刘重阳, 宋俊, 张雪龄, 李银雷, 栗艳芳 2023 (4):  1110-1130.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0696 摘要 ( 913 )   HTML ( 59 )   PDF(21478KB) ( 278 )   由于大部分能源通过热能的形式被使用，故在实际应用中提高热能利用率显得尤为重要。相变材料作为一种热能储能介质，通过其储存或释放潜热的特性，可以实现能源的高效利用，进而降低二氧化碳的排放。但是在实际应用中相变材料存在一定的局限性，如过冷现象、低导热率、泄漏和腐蚀问题等。微胶囊相变储能材料(又称为相变微胶囊)是通过一定的封装技术将相变材料包裹在内，从而避免相变材料发生泄漏，可通过对壳材的改性实现更高的机械强度、热稳定性和导热性能。从微观尺度上相变微胶囊可分为微米级和纳米级微胶囊。随着微胶囊相变材料在热能储存领域的广泛应用，越来越多的研究者对其进行深入开发和应用。本文从相变微胶囊的合成材料、制备方法和应用领域等方面进行详细综述，重点介绍相变微胶囊的芯材和壳材的种类及其优缺点；分析相变微胶囊的制备方法及其应用与发展，如电喷雾技术和喷雾干燥法等物理法，乳液聚合法、细乳液聚合法、原位聚合法和界面聚合法等化学法，以及凝聚法和溶胶-凝胶法等物理化学法；最后阐述了相变微胶囊在建筑、调温纺织品和太阳能利用等领域的应用现状及前景。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

储能系统与工程

锂离子电池储能系统靶向消防装备设计与性能 管敏渊, 沈建良, 徐国华, 汤舜, 张炜鑫, 曹元成 2023 (4):  1131-1138.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0719 摘要 ( 305 )   HTML ( 52 )   PDF(5337KB) ( 221 )   锂电池储能系统是构建新型电力系统，实现双碳战略目标的关键支撑，但锂离子电池储能系统的消防安全问题成为了制约储能系统大规模推广的关键瓶颈，现有基于固定建筑物式的传统气体灭火系统适用性不强，无法扑灭锂离子电池火灾及抑制复燃。本工作面向典型预制舱式锂离子电池储能系统，基于多层协同预警技术和不同防护灭火策略实现了对储能系统的靶向消防防控装备开发。首先，基于烟/温感探测器、可燃气体传感器、Pack温度传感器构建了多层协同的预警技术，实现对电气火灾、锂离子电池火灾的精准预警。其次，在现有七氟丙烷灭火系统基础上增加锂电池火灾专用抑制系统，满足国标电气场所消防设计要求的同时保障锂电池火灾抑制需求。通过主管道、应急管道、喷嘴的布局定位安装，所设计的抑制系统支持Pack级主动防护，能将锂离子电池抑制剂输送到Pack，实现对锂离子电池火灾的早期扑灭并能多次启动，抑制锂离子电池火灾复燃及蔓延。灭火系统和抑制系统协同作战，各自发挥优势，全方位保障锂离子电池储能系统的安全。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

重卡辅助动力电池加热系统能耗对比及优化 赵立禹, 孙桓五, 刘世闯, 闫志远 2023 (4):  1139-1147.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0598 摘要 ( 259 )   HTML ( 29 )   PDF(6233KB) ( 112 )   清洁能源的重卡汽车因其零排放、长续航等特性近年来得到了迅速发展，其动力驱动配置多采用燃料电池为主动力电池为辅的形式。低温环境下，重卡辅助动力电池性能衰减不足以承担辅助动力源削峰填谷的重担。因此，加热辅助动力电池使其恢复充电放电性能对重卡汽车应对寒冷环境显得尤为重要。本工作以方形磷酸铁锂电池组为研究对象，通过实验测试单体磷酸铁锂电池-10 ℃、0 ℃、10 ℃、20 ℃的放电工况，得出电池的低温热特性，建立单体电池的热模型并验证其模型有效性。基于该模型提出了一种以石墨烯加热膜为主要热源，整车车载热源余热为辅助热源的加热升温系统。同时，为了降低该加热系统能耗，基于传热原理建立了电池加热系统线性时变模型预测控制器(MPC)。结果表明，重卡在C-WTVC的行驶工况下，电池加热系统通过换热器利用车载热源余热能够提升动力电池组升温速率，使用加热膜和换热器的加热系统比传统PTC加热系统能耗降低了30%。采用MPC控制策略的加热系统比PID控制的加热系统能耗降低了14%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

液流电池系统储液罐中电解液的混合损失及导流策略 王志文, 叶强 2023 (4):  1148-1157.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0693 摘要 ( 225 )   HTML ( 35 )   PDF(3558KB) ( 100 )   在液流电池电堆运行的过程中，储液罐中的电解液的荷电状态并不均匀，其均值与电堆出口流回储液罐的电解液的荷电状态也有差异。处于不同荷电状态的电解液在储液罐内的浓差扩散会造成能量损失。为了定量研究储液罐中不同荷电状态的电解液混合对系统效率的影响，本工作在电解液完全均匀混合与不混合两种极限情况下对电堆的充放电过程进行了模拟研究，进而分析了真实储液罐中的传质过程并将其与完全均匀混合假设下的结果进行比较。最后根据储液罐中传质过程导致的能量损失来源，提出了利用导流结构来优化罐内电解液传质的策略。研究表明：储液罐中不同荷电状态的电解液混合会使得系统的电解液利用率降低、电压效率下降且对电压效率的影响能够达到1%以上；真实储液罐中与传质相关的损失还受到流动死区的影响，死区的存在不但减小了储液罐中实际可以利用的体积还使得局部区域的浓度梯度增大进一步增加了混合损失。合理设计的导流结构能够减小浓度梯度与扩散面积，本工作对某典型储液罐结构做了初步设计，旨在从减小混合损失的角度出发为液流电池储液罐的设计提供思路。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

光伏系统液流电池储能优化配置 郭霄宇, 于浩, 郑新, 刘雨佳, 左元杰, 张苗苗 2023 (4):  1158-1167.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0707 摘要 ( 255 )   HTML ( 43 )   PDF(2059KB) ( 110 )   液流电池具有长时储能成本低、系统安全性高等特点，适用于大规模长时储能的应用场景，通过对液流电池系统进行合理的规划配置，可以平抑新能源发电系统的间歇性和波动性，对于保障电网安全稳定运行具有重要意义。目前缺乏基于液流电池技术特性和运行特性展开的新能源系统与液流电池优化配置方法研究，随着我国能源快速转型，充分发挥液流电池技术及运行特点，优化配置新能源系统中液流电池容量，对建立新型电力系统有着积极作用。本工作以光伏与液流电池联合发电的局域网为研究对象，提出了适用于光伏系统的液流电池储能优化配置方法，通过对液流电池系统中各个模块系统的运行特性、系统初投资和全寿期运维成本进行了深入地研究分析，基于液流电池系统具有功率与容量模块相分离的特点，对大规模液流电池系统的功率和容量配比进行了优化设计。综合液流电池系统模块优化设计的结果，对光伏与液流电池联合发电的局域网系统进行运行策略优化，在保证局域网供电稳定运行的同时，以液流电池系统初投资与全寿期运行成本之和最小为目标函数，求解得到优化液流电池优化配置方案。算例应用表明，大规模液流电池系统功率和容量配置为1 MW/8 MWh时为经济性最优的兆瓦级液流电池模块设计，25年运行期LCOE为0.292元/kWh；在本工作应用的局域网中储能优化配置的目标函数在储能配置为20 MW/160 MWh方案达到最优解。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

多元用户互动的能源互联网硬件在环仿真 陈朋, 周鹏鹏, 李志勇, 郝正航, 张彦兵, 李蕾 2023 (4):  1168-1175.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0544 摘要 ( 172 )   HTML ( 18 )   PDF(3283KB) ( 70 )   近年来，随着能源互联网技术的不断发展，亟需能够实现能源互联网仿真的方法作为研究基础。本文在此背景下提出了一种基于RTplus(一种实时仿真软件)的多元用户互动的能源互联网实时仿真建模方法，其上位机实现信息通信网络的模拟，下位机依托MATLAB/SIMULINK中多种能源的基础元件库，采用基于现场典型数据的建模方法实现了电、热系统关键设备的建模，能够1∶1复现现场能量波动，与仿真平台连接的能源互联网设备能够以更接近现场的方式闭环测试。最后，本工作以某国家重点研发项目中大型工业园区配用电关键设备—能量管理系统为例，搭建硬件在环仿真平台，验证了所提实时仿真建模方法的正确性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于提升华北电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电量控制策略 刘海山, 徐宪龙, 魏书洲, 逄亚蕾, 洪烽 2023 (4):  1176-1184.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0653 摘要 ( 208 )   HTML ( 24 )   PDF(2854KB) ( 144 )   在“双碳”目标的背景下，以风光为主体的具有明显随机性和波动性的新能源大规模并网，接入电网后容易造成电网频率波动，严重威胁电网安全。储能技术辅助调频主力的火电机组参与发电侧一次调频可以有效提升电网安全性和机组运行经济性。为充分利用飞轮储能辅助电网调频的优势，考虑储能当前电量对调频影响，建立火-储联合模型，分析火电-飞轮联合系统调频能力。本工作针对电网频率特性及机组调频特点，以满足调频指标为要求，充分考虑储能当前电量对调频性能的影响，提出一种基于提升华北电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电量下垂控制策略。该策略根据飞轮储能当前电量进行计算，在不同电量时采用不同出力时间限制，以尽力满足电网一次调频考核指标。同时，利用MATLAB/Simulink软件分析了在负荷扰动下系统的调频效果及调频资源的出力情况。结果表明所提方法能够在飞轮储能电量处在不同状况时，利用不同放电时间来有效改善机组调频性能，提高机组量化指标。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

集成混合储能及RPC的牵引供电系统优化运行 董文哲, 杨斯泐, 梁宗佑, 陈垠宇 2023 (4):  1185-1193.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0664 摘要 ( 185 )   HTML ( 20 )   PDF(2802KB) ( 101 )   电气化铁路电分相构成了无电区，阻碍各供电区间内能量传递，不利于再生制动能量的回收利用，极大地影响了铁路运营效益。为降低铁路运营成本，在电分相处接入铁路功率调节器(railway power conditioner，RPC)，RPC直流环节便于混合储能装置接入。在此基础上，本文提出了一种牵引供电系统优化运行策略，通过控制混合储能充放电，达到削减负荷尖峰，回收制动能量的效果，进而实现牵引负荷的削峰填谷。该模型以牵引供电系统运行总成本最低为目标，以混合储能充放电功率等为决策变量，考虑了系统潮流平衡、混合储能等约束。进一步地，将模型中的非线性函数线性化，得到混合整数线性规划模型，然后利用CPLEX求解得到混合储能充放电策略和牵引供电系统购电方案。最后，基于实测数据，分析了所提模型的降费效果。与既有牵引供电系统对比，接入混合储能和RPC之后牵引供电系统日运营成本降低效果显著，为牵引供电系统优化运行提供了依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

计及调频备用的储能平抑风电功率波动控制策略 武鸿鑫, 李爱魁, 董存, 孙树敏, 李广磊, 王士柏 2023 (4):  1194-1203.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0700 摘要 ( 191 )   HTML ( 16 )   PDF(2698KB) ( 116 )   新能源场站配置储能系统可以平抑输出功率的波动、承担新能源机组调频义务。若储能仅考虑单一平抑波动工况时可能会造成风储联合系统调频有功备用不足。因此本文提出一种考虑调频有功备用与荷电状态恢复的平抑风电功率波动策略，首先利用聚类算法提取储能平抑波动典型工况，计算储能平抑波动功率需求和剩余有功功率；其次，结合国标对风电场有功备用相关标准，利用储能调频备用与风电减载联合提供有功备用，并对储能平抑波动功率设置限幅；最后，利用模糊控制理论设计储能系统边缘区荷电状态恢复策略。基于实际风电场运行数据进行仿真分析，结果表明所提出的方法可在储能系统平抑风电波动时提供有功备用以及边缘区荷电状态恢复。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于分时电价与储能充放电策略的台区可调控资源聚合及调度 汪锋, 刘智强, 张克勇, 王冠瑞, 殷红德, 贾子昊, 赵海辉, 米阳 2023 (4):  1204-1214.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0754 摘要 ( 280 )   HTML ( 28 )   PDF(3652KB) ( 136 )   能源互联网背景下，为实现台区可调控资源的协调调度及不同类型能量单元的协调优化，本文提出一种计及用户用电成本及用能舒适度的基于分时电价与分布式储能充放电策略的台区可调控资源聚合方法及协调调度策略。首先，遵循配电物联网体系架构，基于“云-边”协同技术构建了台区用能管控系统框架；然后，根据响应不确定性对台区负荷进行分类并利用蒙特卡洛算法对典型可调控资源进行功率聚合并分析聚合模型有效性；最后，引入负荷聚合商与台区进行互动，利用线性加权法计及用户用电成本与用能舒适度并结合分布式储能充放电策略对台区可调控资源调度模型建模，采用差分进化算法对模型求解。通过算例分析表明，本文所提可调控资源聚合模型及协调调度策略可以有效降低用户用能成本、提高用能舒适度，促进了用户参与电网响应的积极性，提升了台区对可调控资源的管控能力。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

储能测试与评价

基于ResNet-Bi-LSTM-Attention的锂离子电池剩余使用寿命预测 王朋凯, 张新燕, 张光昊 2023 (4):  1215-1222.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0652 摘要 ( 430 )   HTML ( 44 )   PDF(1451KB) ( 207 )   锂离子电池剩余使用寿命(RUL)预测是锂离子电池研究的一个重要方向，通过对RUL的准确预测，可以降低锂离子电池出现事故的概率。针对锂离子电池RUL的准确预测，该研究提出一种综合残差神经网络(ResNet)和双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)的优势，并且加入注意力机制(Attention)的锂离子电池RUL预测模型。首先选取能够表现电池寿命的特征参数作为输入量，利用ResNet提取输入数据的隐含特征信息，然后利用Bi-LSTM对时间序列信息进行预测，并且结合注意力机制对预测结果进行权重分配，得到最终的锂离子电池的RUL预测结果。通过美国马里兰大学(CALCE)提供的开源数据集进行锂离子电池RUL预测试验，并与现有的预测模型进行对比试验，对比模型的预测结果，试验结果表明提出的ResNet-Bi-LSTM-Attention模型能够准确地进行锂离子电池RUL预测，各项误差都比较低，具有较好的精度和准确性。最后使用美国航空航天局(NASA)提供的锂离子电池开源数据集进行泛化性实验，证明了ResNet-Bi-LSTM-Attention模型在不同电池RUL预测中具有良好的准确性，可以被广泛使用。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于分层对齐迁移学习的锂离子电池容量估计 翟智, 王福金, 邸一, 马珮羽, 赵志斌, 陈雪峰 2023 (4):  1223-1233.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0706 摘要 ( 420 )   HTML ( 42 )   PDF(3547KB) ( 267 )   精准的容量估计对锂离子电池健康管理和预测性维护具有重要意义。近年来，数据驱动的方法被广泛应用于锂离子电池容量估计，然而现有的数据驱动方法大多假设训练和测试数据服从相同分布，当此假设不满足时，模型的预测精度快速下降。现有的基于迁移学习的锂离子电池容量估计方法旨在对齐源域和目标域的整体分布，而忽略了不同层内的特征的可迁移性。针对以上问题，研究了深度迁移学习方法不同层之间的特征可迁移属性，提出了基于分层对齐迁移学习(hierarchical alignment transfer learning， HATL)的锂离子电池容量估计方法。首先，构建了一个基于卷积神经网络的特征提取器，考虑不同层特征的可迁移性，对不同层特征施加最大均值差异约束和通道注意力一致性约束，使得特征提取器从源域和目标域提取到的特征相似且模型更加关注域不变特征；然后，特征经过一个预测器得到容量估计值。在公开的锂电池数据集上进行充分验证，并与其他方法进行对比，结果表明，本文所提的HATL方法具有更高的估计精度，明显优于其他方法。证明了迁移学习方法在跨工况容量估计任务中的有效性和优越性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于特征优选与改进极限学习机的锂电池SOC估计 寇发荣, 罗希, 门浩, 郭杨娟, 杨天祥 2023 (4):  1234-1243.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0704 摘要 ( 223 )   HTML ( 24 )   PDF(6406KB) ( 144 )   为提高数据驱动方法预测荷电状态(state of charge，SOC)的效率与精度，提出一种基于特征优选与改进极限学习机的SOC估计方法。采用公开数据作为训练集，利用随机森林(random forest，RF)算法判定训练集各特征对SOC的影响程度，选择出最优训练样本，并对优选样本的合理性进行验证；利用极限学习机(extreme learning machine，ELM)对SOC进行预测，针对ELM在预测过程中随机产生的权值及阈值的不稳定性导致SOC估计精度不理想的问题，选取麻雀搜索算法(sparrow search algorithm，SSA)进行参数优化以提高估计精度；随后，通过BJDST工况仿真试验对SSA参数优化的有效性进行验证；在恒流放电与DST工况实验下，分别利用改进极限学习机(SSA-ELM)、ELM、支持向量机(support vector machine，SVM)与BP神经网络(back-propagation neural network，BPNN)对SOC进行预测，结果表明，SSA-ELM算法预测效果最优，预测误差基本保持在1.5%以内，可实现较高精度的SOC预测。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于CEEMDAN和ISOA-ELM的锂电池荷电状态预测 刘峰, 陈海忠 2023 (4):  1244-1256.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0708 摘要 ( 181 )   HTML ( 28 )   PDF(6526KB) ( 97 )   锂电池具有能量密度高、输出电压高、无记忆效应等优点，但过充过放电易引发安全事故，精确预测锂电池荷电状态(SOC)让其工作在最佳状态，具有重要现实意义，本文提出了一种基于自适应噪声集成经验模态分解(CEEMDAN)和数据驱动模型组合预测锂离子电池荷电状态的方法，对锂电池原始电流数据进行模态分解，得到多个子序列模态分量，提出一种基于惯性权重与Levy飞行机制的改进海鸥算法(ISOA)，对极限学习机预测模型(ELM)参数进行优化，构建ISOA-ELM锂电池预测模型；训练模型得到锂电池SOC预测结果。实验结果表明，该模型在实际工作中能够更贴合实际SOC，更有利于锂电池工作在最佳状态。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于SVD-SAE-GPR的锂离子电池RUL预测 董渊昌, 庞晓琼, 贾建芳, 史元浩, 温杰, 李笑, 张鑫 2023 (4):  1257-1267.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0767 摘要 ( 298 )   HTML ( 27 )   PDF(2625KB) ( 114 )   锂离子电池是重要的储能手段之一，对其剩余使用寿命(RUL)进行预测具有非常重要的实际意义。本工作首先针对传统特征提取方法依赖参数设置且对于不同锂离子电池数据集适应性差的缺陷，将电池数据视作矩阵，并引入奇异值分解(SVD)从测量数据和包含更多退化信息的特征提取对象中提取潜在健康因子(HIs)。其次，潜在HIs的冗余和不足会影响RUL的预测，同时考虑到主成分分析(PCA)的缺点，使用Spearman相关分析和堆叠自编码器(SAE)处理HIs得到一个融合HI。在此基础上，利用高斯过程回归(GPR)算法构建了融合HI与容量之间的模型，得到了带有不确定性表达的最终预测结果。最后，通过NASA提供的四个老化电池数据验证了所提预测模型的可行性和有效性。并额外选取MIT电池数据集验证特征提取方法的适应性。实验结果表明，所提出的RUL预测框架具有较好的预测性能，SVD特征提取方法在避免参数设置的前提下具有较好的适应性。本工作提取的HI与经过PCA融合的HI、其他HI相比，预测精度有显著提高。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于正交试验的锂离子电池热失控仿真 胡力月, 姚行艳 2023 (4):  1268-1277.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0701 摘要 ( 380 )   HTML ( 44 )   PDF(3757KB) ( 168 )   锂离子电池热失控是由多种因素耦合而导致的结果，得到影响锂离子电池热失控影响因素的重要性程度对于提高电池安全性具有极大意义。对此，针对针刺导致的锂离子电池热失控，利用COMSOL软件仿真分析了不同针刺位置、速度、直径、SOC(state of charge)对锂离子电池单体针刺热失控影响，得到对单体电池热失控影响的重要因素。基于单体针刺热失控仿真结果，以4个锂离子电池单体组成的模组为研究对象，利用单因素仿真试验分析不同钢针直径R、电池SOC以及针刺电池个数N对电池模组热扩散影响；基于此，本文分析了针刺电池个数N、钢针直径R及电池SOC耦合作用热失控的正交试验。结果表明：相对于针刺位置、针刺速度对电池单体热失控影响，电池SOC和针刺直径R对电池单体热失控影响较为显著，且针刺直径R越小，单体电池热失控越剧烈；电池SOC越大，热失控时电池温度分布越不均匀；针刺直径R越大，模组热扩散需要时间越长；当SOC在100%～85%范围内时，模组内各电池单体的热失控最高温度变化较为明显；针刺电池个数N越大，模组热失控越剧烈，但位于模组中间位置的电池热失控最高温度有所降低。针刺电池个数N、SOC、针刺直径R对电池模组热失控温度和扩散时间的影响程度主次顺序为：N>R>SOC*R>SOC*N>N*R>SOC，其中，针刺电池个数N对电池模组热扩散影响最显著，且不同因素间的交互作用不容忽视。本工作为提高电池的安全性及电池设计提供了参考依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

阻抗分析法在锂离子电池析锂阈值检测中的应用 李奇松, 陈荣, 李慧芳 2023 (4):  1278-1282.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0716 摘要 ( 490 )   HTML ( 62 )   PDF(1724KB) ( 291 )   本工作应用阻抗分析法对锂离子电池在不同温度及充电倍率下的析锂阈值进行检测。验证该方法可行性，与无损检测方法-弛豫电压分析法即dV/dt法进行对比分析。以电池充电过程中通过间歇式休眠获得的阻抗值作为分析数据，充电末期阻抗下降的拐点代表电池开始发生析锂，对应的电压及荷电态即为电池的析锂阈值。结果表明该阻抗分析法可以实现对电池析锂的无损检测，其结果与弛豫电压分析法一致，而且阻抗分析法不仅可准确判断电池是否发生析锂，而且可以测得电池开始发生析锂的阈值电压或荷电态，从而为充电制式优化提供依据。通过使用阻抗分析法对圆柱型三元电池、磷酸铁锂电池进行析锂阈值电压的检测，并结合不同温度和充电倍率对电池析锂边界进行了分析研究，结果表明对磷酸铁锂和镍钴铝三元电池来说，两种电池都在低温环境中极易发生析锂现象，而随温度的升高，电池发生析锂的阈值逐渐提高，析锂现象有所改善。而对镍钴铝三元电池，常温下增大倍率至0.6 C充电时，电池便开始发生析锂。说明以析锂阈值法对电池进行监测分析对后续电池充电策略的制定有着十分显著的作用。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

聚焦离子束显微镜技术在锂离子电池领域的研究进展 杨妮, 苏岳锋, 王联, 李宁, 马亮, 朱晨 2023 (4):  1283-1294.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0740 摘要 ( 269 )   HTML ( 40 )   PDF(10929KB) ( 238 )   电极材料作为锂离子电池的关键结构组成部分，其结构稳定性直接决定着锂离子电池的电化学性能。由于电极材料具有对空气、水分敏感，不耐电子束辐照等特性，且在充放电过程中，电极本身及其所处化学环境不断变化，表征其微观组织形貌和结构具有挑战性。聚焦离子束-扫描电子显微镜作为重要的微纳米尺度精细加工设备，是制备透射样品的重要手段，已广泛应用于半导体、生物等领域。本文通过对近年来相关文献的探讨，综述了聚焦离子束基于锂离子电池领域的解决方案，着重阐述了聚焦离子束在三维重构、冷冻加工、构建单颗粒电池方面的最新进展，采用三维重构技术可以获取电极材料中的孔隙网络、多相结构、体积变化等三维特征信息，进行定量评估，建立微观结构模型对电池性能进行预测。基于冷冻加工技术，将液态电解质、Li金属等束流敏感材料冷冻，保持其原始形貌和化学性质，可以有效表征Li金属阳极以及固液界面的本征信息。构建单颗粒微型电池可以实现原位观察单粒子循环过程中的微观结构演化，避免黏结剂、导电添加物等对材料本征性能的影响，确定电极材料的内在特性。本文详细介绍了聚焦离子束在这3个方面的加工过程，并分析加工过程中存在的不足，提出目前面临的主要挑战。本文从锂离子电池材料特性和聚焦离子束实验方法出发，为该领域科研人员提供便利。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

储能技术经济性分析

压缩空气储能技术经济特点及发展趋势 张玮灵, 古含, 章超, 葛昂, 应元旭 2023 (4):  1295-1301.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0645 摘要 ( 501 )   HTML ( 59 )   PDF(794KB) ( 654 )   近年来，压缩空气储能作为新型储能的一种重要类型，受到业界越来越多的关注。自2021年以来已有多个10 MW级以上项目陆续并网，压缩空气储能的技术正在逐步成熟，产业化进程开始加速。本文首先简要介绍了压缩空气储能的技术路线和4个关键环节，并将后续研究聚焦于目前技术相对成熟且工程应用最多的绝热压缩空气储能。接着通过梳理分析已建、在建和规划项目的技术经济指标，总结提出技术经济特点及发展趋势。在技术层面，压缩空气储能具有运行寿命长、涉网性能良好、安全风险小等优势，未来将向大规模、高效率、系统化方向发展。在经济层面，压缩空气储能目前造价水平较高，随着产业成熟和技术进步，未来基于盐穴和人工硐室储气的压缩空气储能造价有望低于现有大中型抽水蓄能造价水平，基于管线钢的压缩空气储能造价有望与同等规模中小型抽水蓄能造价水平相当。最后，本文讨论了压缩空气储能的投资成本回收问题，在当前市场环境下压缩空气储能难以获得合理投资回报，需要政策引导支持。建议按照由点及面、示范先行的思路，初期从示范项目入手给予一定电价政策。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

资讯聚焦

新能源技术在乡村旅游中的应用探讨 陈 建 文 2023 (4):  1302-1303.  摘要 ( 66 )   HTML ( 15 )   PDF(352KB) ( 51 )   参考文献 | 相关文章 | 计量指标

新能源电池技术在低碳旅游业的应用路径探析 曾雪璐, 于钦明 2023 (4):  1304-1305.  摘要 ( 92 )   HTML ( 15 )   PDF(366KB) ( 52 )   参考文献 | 相关文章 | 计量指标

新能源产业引领经济绿色低碳发展 王 智 慧 2023 (4):  1306-1307.  摘要 ( 121 )   HTML ( 16 )   PDF(355KB) ( 73 )   参考文献 | 相关文章 | 计量指标

互联网+背景下智慧储能系统的网络安全分析 龙平, 张诗英 2023 (4):  1308-1309.  摘要 ( 88 )   HTML ( 10 )   PDF(397KB) ( 67 )   参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于计算机技术的储能系统优化 张燕, 张文灏 2023 (4):  1310-1311.  摘要 ( 82 )   HTML ( 24 )   PDF(358KB) ( 104 )   参考文献 | 相关文章 | 计量指标

室内装修设计中相变储能材料的应用 彭 曲 云 2023 (4):  1312-1313.  摘要 ( 73 )   HTML ( 15 )   PDF(430KB) ( 37 )   参考文献 | 相关文章 | 计量指标