储能科学与技术

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2023 (5): 0.

摘要 ( 64 )

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室温钠硫电池的发展现状和挑战

李社栋, 宋莹莹, 边煜华, 刘朝孟, 高宣雯, 骆文彬

2023 (5): 1315-1331. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0255

摘要 ( 346 )

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室温钠硫(RT Na-S)电池的正负极材料为硫(S)和钠(Na)元素，S和Na元素具有成本低、资源丰富、能量密度高等一系列优点，因此室温钠硫电池被认为是一种极具潜力的可充电电池。但是在发展过程中面临着库仑效率低和循环稳定性差等一系列的问题，这些问题严重阻碍了室温钠硫电池的进一步发展和实际应用。有很多因素导致了这些问题，如S阴极的结构、隔膜和电解液等方面，其中最主要的原因是多硫化物的穿梭效应和多步反应缓慢的动力学。因此，基于近几年对RT Na-S电池已有的研究成果，本文从S在电解液中的氧化还原机理出发，总结了RT Na-S电池在S阴极的纳米结构设计、隔膜设计和电解液设计三个角度的发展现状，在此基础上列举了RT Na-S电池现发展阶段所面临的挑战。结果发现：(1) 目前绝大部分提高多硫化物（NaPSs）转化率的策略均以抑制穿梭效应，促进缓慢的动力学为主；(2) RT Na-S电池现阶段面临的挑战主要是S正极本质存在问题、电解液、巨大的体积变化以及多硫化物中间体引起的穿梭效应等。本文期望为RT Na-S电池的进一步发展和商业化提供新的思路。

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磁性金属元素在钠离子电池中的应用

赵玉文, 杨欢, 郭俊朋, 张毅, 孙琦, 张志佳

2023 (5): 1332-1347. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0163

摘要 ( 222 )

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钠离子电池由于其资源丰富、价格低廉等因素常被用作锂离子电池的替代品。但由于钠的原子半径相对较大、动力学性能相对迟缓等问题，限制了钠离子电池的商业化发展进程。本文基于目前最新的研究，系统总结了普鲁士蓝类、层状过渡金属氧化物类、聚阴离子类中的磁性金属元素在钠离子电池正极材料中的应用，通过掺杂磁性元素来提高电化学性能及循环稳定性。普鲁士蓝类在实际应用中普遍存在容量利用率低、效率低、倍率差和循环不稳定等缺点，然而通过磁性金属元素的掺杂降低Na⁺通过SEI膜的扩散电阻，加速离子扩散过程，增加活性位点。层状过渡金属氧化物类、聚阴离子类正极材料利用磁性金属元素，增强了钠离子电池的电化学性能。对比锂离子电池负极材料，通过设计含有磁性元素的新型钠离子电池负极材料实现快速储钠，在碳基材料中负载磁性金属元素，加速Na⁺扩散。本文对最新的进展情况进行分析并综述。

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钾离子电池聚阴离子正极材料的研究进展

李尚倬, 龙禹彤, 刘朝孟, 高宣雯, 骆文彬

2023 (5): 1348-1363. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0257

摘要 ( 218 )

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钾离子电池(PIBs)由于钾金属资源丰富、成本低廉、环境友好及能量密度高等优点，已成为替代锂离子电池(LIBs)的理想新型储能体系。尽管近年来PIBs在负极领域的研究已经取得了显著进展，但正极材料的研究缓慢，其设计和应用面临可逆比容量低、循环稳定性差、能量密度不理想等问题。因此，发现和设计正极材料对构建用于实际应用的钾离子(K⁺)电池至关重要。由于聚阴离子材料在LIBs和钠离子电池(NIBs)中的成功应用，近年来，人们也将研究集中于PIBs的聚阴离子材料。聚阴离子材料具有氧化还原电位高、发生有利的感应效应、安全性高、热稳定性和结构稳定性良好等优点，可以实现较为稳定的容量存储，但是其可逆容量低、导电性差等问题仍需解决。本篇综述针对钾离子电池聚阴离子正极材料的研究进行了综述和讨论，以探究聚阴离子正极材料发展设计潜力和研究空间为目的，集中讨论了磷酸盐、氟磷酸盐、焦磷酸盐、硫酸盐类材料的机理和结构的发展现状，总结了当前聚阴离子类正极材料设计的主要理念，并对聚阴离子正极材料的改性研究提出了一些建议和前景。

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钾离子电池锰基层状氧化物正极的研究进展

韩文哲, 赖青松, 高宣雯, 骆文彬

2023 (5): 1364-1379. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0258

摘要 ( 141 )

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可再生能源替代传统化石燃料的研究推动了电能存储系统的发展。随着对规模储能的需求不断增加，钾离子电池(PIBs)因其成本低廉、元素丰度高、理论工作电压高以及电解液中K⁺卓越的传输动力学，在未来将成为商用锂离子电池的补充或替代品。电极材料的发展深刻影响电池的电化学性能。石墨作为钾离子电池负极展现出了优异的循环稳定性，然而，找到具有快速的传输动力学和稳定的框架结构来嵌入/脱嵌大尺寸K⁺的正极材料是钾离子电池面临的主要挑战。层状过渡金属氧化物因其结构稳定、合成过程简单及价格低廉等优点而具有广阔的应用前景。本文介绍了钾含量和合成温度等对过渡金属层状氧化物晶体结构的影响，并说明了各种晶体结构在脱钾过程中的结构演变和容量损失机理；在此基础上，提出了针对不同晶体结构的锰基过渡金属层状氧化物的改性方法以提高其电化学性能；最后，对新型过渡金属层状氧化物正极的主要研究方向和研究热点进行了预测，以指导未来钾离子电池正极材料的发展。

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钠金属负极人工界面保护层的研究进展

余永诗, 夏先明, 黄弘扬, 姚雨, 芮先宏, 钟国彬, 苏伟, 余彦

2023 (5): 1380-1391. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0324

摘要 ( 177 )

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钠金属负极由于其高的比容量、低的氧化还原电位以及资源优势被认为是钠电池极佳的负极材料。然而，不稳定的固体电解质界面(SEI)以及钠枝晶生长问题严重阻碍了其实际应用。因此，采用适当的保护策略实现钠金属负极稳定及高效循环是非常必要的。通常在钠金属负极表面构建人工界面层不仅可以有效实现钠均匀沉积/剥离，而且可有效缓解钠金属负极在电化学过程中的体积变化以及抑制钠枝晶生长。为此，该综述归纳总结了人工界面层策略改善钠金属负极的研究进展。首先讨论了自发形成的SEI膜的基本性质，其存在稳定性差、韧性差、机械强度低等问题。针对此，提出构建无机、有机和无机-有机复合人工界面层保护钠金属负极，实现无枝晶钠沉积/剥离。含钠无机材料通常具有高剪切模量、耐腐蚀、结构稳定、高离子电导率等优点，但脆性大；有机材料通常具有结构可设计性、官能团多样性以及高机械韧性特点，但稳定性较弱；无机-有机复合保护膜结合了上述两者的优势，可构建综合性能优异的人工界面层。文中详细阐述了这三种人工界面膜的实施方法与改性效果。最后，建议对人工界面膜持续优化以及采用先进表征技术、理论计算和模拟等深入研究界面稳定性机理。

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量子点及其复合材料作为碱金属离子电池负极的研究进展

周俊龙, 赵鲁康, 刘朝孟, 高宣雯, 骆文彬

2023 (5): 1392-1408. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0254

摘要 ( 116 )

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负极材料作为碱金属离子电池的重要组成部分，对电池的性能有着巨大的影响。传统的负极材料如石墨，由于比容量低很难满足未来对储能的需求。因此，寻找具有高比容量、优异的循环性能和稳定性能的负极材料至关重要。量子点因细小的尺寸和超高的比表面积被广泛用于与负极基体材料复合，由量子点修饰的复合负极材料在碱金属离子电池中表现出优异的电化学性能。然而，目前对量子点及其复合材料用于碱金属离子电池负极的研究缺乏综述和展望。本文从金属氧化物量子点、金属硫化物量子点、金属氮化物量子点、碳量子点、单质类量子点以及其他类型量子点这6个方面对应用于碱金属离子电池负极的量子点进行综述，重点分析了各类量子点修饰的复合材料的作用机理和电化学性能。综合分析表明，量子点复合负极材料能有效缩短碱金属离子的扩散路径，提供更丰富的活性位点以及具有更高的循环稳定性，有望成为碱金属离子电池最具前途的负极材料。此外，本文总结了量子点复合负极材料存在的问题，并对未来量子点及其复合材料在电池领域的发展前景作了展望：①优化量子点合成路径；②明确量子点作用机理；③减少副反应消耗；④选用更合适的基体材料。

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钾离子电池电解液的研究进展及展望

王轩臣, 王达, 刘朝孟, 高宣雯, 骆文彬

2023 (5): 1409-1426. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0256

摘要 ( 383 )

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钾离子电池(PIBs)具有资源丰富、成本低廉、环境友好及能量密度高等优点，成为替代锂离子电池(LIBs)的理想新型储能体系。尽管近年来PIBs在电极领域的研究已经取得了显著进展，但当前钾离子电池电解液的研究仍在初级阶段，其设计和使用面临如电解液和电极之间严重的副反应，导致不稳定的固-液界面和低库仑效率等诸多挑战。因此，发展优良的电解液是PIBs实现产业化应用的关键。本文对近年来PIBs电解液的特点及研究进展进行了综述和讨论。首先聚焦于有机电解液、水系电解液、离子液体电解液和固体电解质等4个主流电解液的发展现状和前景，着重介绍了有机电解液中的酯基电解液和醚基电解液，总结了当前PIBs电解液面临的关键问题，包括安全性较差(有机电解液)、电位窗口窄(水系电解液)、离子电导率相对较低(固体电解质)、成本高(离子液体电解液)等，讨论了新型电解液的改性设计和解决方案。本综述的目的是阐述电解液在PIBs中的重要性，探究当前和新兴的PIBs电解液的应用潜力，并对电解液未来发展提出了一些建议和前景。

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生物质纤维素基多功能材料构建及其在新型能量存储方面的应用

张奇, 李晓东, 王文雯, 刘晓

2023 (5): 1427-1443. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0260

摘要 ( 124 )

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生物质材料细胞壁物质的高效分离及功能化直接关系着废弃生物质的高值化应用。作为生物质材料细胞壁的三大组分之一，纤维素纳米纤丝已经被广泛用于构建独特纳米结构和功能的复合材料如三维结构气凝胶、自修复水凝胶、纳米微晶光子膜、光敏感织物等。探索一条生物质纤维素高值化、实用化发展路径显得尤为重要，本文围绕生物质纳米纤维素的分离提取和功能材料的构筑及其在新型能源存储方面的应用进行论述。首先，简要叙述当前纳米纤维素的化学结构及其作为多功能材料结构单元的优势，并从实验条件、环保、经济、纤维得率与质量的角度分析了生物基纳米纤维素分离制备方法的发展历程和优缺点；然后，介绍了纳米纤维素基纤维、薄膜、气凝胶、碳气凝胶的微/纳米结构、化学键、力学性能在热管理器件如建筑制冷器、太阳驱动式水蒸发器中太阳能的散射与吸收、红外发射、水分的吸收与传导和电化学能源储存中柔性电极的设计、亲锂型隔膜及碳基集流体等功能材料的构建过程中所发挥的作用。最后，从生物质材料的特异性结构的利用、组分的提取分离与转化、复合材料构建角度对纳米纤维素的未来研究方向进行了展望。

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乳化/氧化协同制备高倍率钾离子电池负极用沥青基碳微球

刘畅, 姚君君, 孙颖, 冯大明, 郑宏杰, 马天翼

2023 (5): 1444-1452. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0765

摘要 ( 117 )

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在不借助模板的情况下，以中温煤沥青为原料，在表面活性剂和分散介质辅助下，结合预氧化和乳化法成功制备了氧化沥青微球。探究了乳化温度对微球形貌的影响规律，并确定了280 ℃为最佳的乳化温度。制备的氧化沥青碳微球负极展现出良好的电化学性能。在0.05 A/g下的初始放电比容量为310 mAh/g，2 A/g时的容量为102 mAh/g，在1 A/g下经过1000次长循环，容量仍剩余108 mAh/g。其优异的储钾性能得益于低温预氧化形成的交联结构可以实现有序到无序的结构演变。此外，引入的含氧基团不仅使前驱体实现空间层面的交联，确保了材料在电化学脱嵌时的结构稳定性，而且还产生了丰富的空位和缺陷，从而增加储钾位点。

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退役锂离子电池锂资源回收工艺

王海, 边煜华, 王佳东, 刘朝阳, 张杰, 姚健, 高宣雯, 刘朝孟, 骆文彬

2023 (5): 1453-1460. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0099

摘要 ( 205 )

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回收退役三元锂电池中的有价金属，可减少环境污染和缓解资源匮乏等问题。本研究通过一种先进、简单的前端提锂工艺，将拆解退役锂离子电池得到的正负极混合粉置于管式炉中，在750 ℃下对管式炉维持一定的压力并持续通入二氧化碳焙烧1 h，焙烧后得到含锂焙烧粉。再往焙烧粉中加入一定量的水制成浆料，并持续性通入二氧化碳气体，经固液分离后得到含碳酸氢锂的溶液，再将溶液经加热分解后制备得到纯度为99.5%的电池级碳酸锂。整套工艺锂综合浸出率可达99.05%，回收率可达99%，在实现高回收率的基础上兼具成本低效益高的优势，为目前较为先进的回收技术之一，能够有效解决目前锂回收难、回收成本高、经济效益差的问题。

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钙化重构含钒钢渣微波酸浸提钒研究

闫一诺, 邵雪莹, 梁精龙, 王乐

2023 (5): 1461-1468. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0134

摘要 ( 66 )

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以钒电池为代表的液流电池有望成为大规模储能应用的电池技术，得益于其循环寿命长、能效高、可独立调节功率和能量等诸多优点。钒作为钒电池电解液的核心元素，由于相对稀缺导致成本过高，制约着钒电池产业的发展。因此，拓展钒资源途径成为当前研究的重点。而绝大部分钒产量来自于钒钛磁铁矿冶炼得到的钒渣，实现钢渣高效提钒成为我国钒产业可持续发展的关键举措。本文使用含钒钢渣为原料，在温度为1000 ℃，时间为3 h，配钙比为8%的条件下进行焙烧，最后以焙烧渣作为浸出原料，通过单因素试验研究了浸出温度、液固比、浸出时间及硫酸浓度对钒元素浸出的影响。采用高锰酸钾-硫酸亚铁铵滴定法，计算不同因素下钒的浸出率，最终得出浸出效果的最优参数。结果表明，在浸出温度为90 ℃、液固比为10∶1 mL/g、浸出时间为60 min、硫酸浓度达到35%时，钒的浸出效果最好，浸出率高达80.25%。这为缓解钒资源缺口提供了新的思路，有助于降低钒电池产业生产成本，进而加快国家的电化学储能建设。

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简便制备三维多级Fe₃O₄/碳纳米纤维一体化电极及其储钠性能研究

郭俊朋, 孙琦, 陈月芳, 赵玉文, 杨欢, 张志佳

2023 (5): 1469-1479. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0176

摘要 ( 101 )

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作为钠离子电池负极材料之一的铁氧化物，其理论比容量高，但在循环过程中会发生较大的体积膨胀，表现出明显的容量衰减。以柔性碳基材料为基底原位构建纳米结构的金属氧化物可作为一种缓解其体积膨胀的有效手段。本文采用化学气相沉积法在泡沫铜上原位生长了多孔碳纳米纤维(CNFs)，以此为柔性导电基底，通过盐溶液浸渍与退火相结合的简便方法制备得到三维多级Fe₃O₄/碳纳米纤维(3D Fe₃O₄/CNFs)一体化电极电极，并将其用作钠离子电池负极。使用X射线光电子能谱(XPS)，拉曼光谱(Raman)，扫描电子显微镜(SEM)对样品进行组分分析及形貌表征。使用恒流充放电(GCD)，循环伏安(CV)，电化学阻抗(EIS)对其进行电化学性能表征。结果表明，尺寸在50～100 nm的纳米棒状Fe₃O₄均匀分散在多孔碳纳米纤维上，构建出富含孔隙的三维多级结构。在0.1 A/g的电流密度下，3D Fe₃O₄/CNFs一体化电极经过100圈循环后，其比容量可达893.4 mAh/g，优于CNFs电极，并表现出更快的钠离子扩散动力学，同时具有较好的电化学可逆性。本文为金属氧化物/碳基复合电极研究提供了思路与实验依据。

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纳米多孔合金快速燃烧氧化及高效储能研究

王津, 张少飞, 孙金峰, 李田田

2023 (5): 1480-1489. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0185

摘要 ( 127 )

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具有高理论比容量的过渡金属氧化物在超级电容器储能领域受到高度重视，然而其高倍率、长循环应用仍存在挑战。本研究以三明治复合NiCuMn/Ni/NiCuMn为母合金，通过脱合金化和自燃烧相结合的工艺制备了一体化、高导电三元多孔NiCuMn体系过渡金属氧化物基电极(MPO-NiCuMn)，探究了Cu掺杂量对储能的影响。研究发现，不同Cu掺杂量的母合金在Mn选择性脱出后，会在对称合金层形成三维双连通纳米多孔结构。由于该纳米多孔合金前驱体具有高比表面能，可在含氧空气条件下牺牲部分金属自发燃烧氧化，在保持高导电性的同时提高氧化物负载量(>8 mg/cm²)。电化学性能表征发现，Cu掺杂量为15%时制备的MPO-Ni₁₅Cu₁₅Mn₇₀电极可在50 mA/cm²的大电流密度下展现出12.2 F/cm²的比电容，远高于MPO-Ni₂₀Cu₁₀Mn₇₀(5.6 F/cm²)和MPO-Ni₁₀Cu₂₀Mn₇₀(7.7 F/cm²)电极。以相同面积的MPO-Ni₁₅Cu₁₅Mn₇₀电极组装的对称超级电容器在50 mA/cm²电流密度下循环8000次后，容量保持率为95.7%，且倍率性能优异。该对称器件在功率密度为4.2 mW/cm²时，具有241 mWh/cm²的高能量密度。本研究验证了适量Cu的掺杂可起到主要协同作用，有效改善超级电容器的储能性能。

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Mo， Al掺杂的Li₇La₃Zr₂O₁₂ 基复合固态电解质的制备及全固态电池性能研究

易永利, 于冉, 李武, 金翼, 戴哲仁

2023 (5): 1490-1499. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0197

摘要 ( 142 )

HTML ( 37 )

PDF(4589KB) ( 108 )

通过固态电解质构建的全固态锂离子电池具有极高的安全性及可靠性，是目前锂离子电池领域的研究热点。其中复合固态电解质既改善了聚合物电解质力学性能差、离子电导率低等缺点又解决了无机固态电解质的界面接触等问题。本文通过溶胶-凝胶法制备了掺杂了Al、Mo的Li₇La₃Zr₂O₁₂粉体，并将其与PEO（聚环氧乙烷）复合，利用溶液浇筑法制备了不同比例的复合固态电解质，考察其在全固态电池中的性能。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC)等测试手段对Li_6.65Al_0.05La₃Zr_1.9Mo_0.1O₁₂粉体以及复合固态电解质进行了材料表征。同时利用电化学工作站、电池充放电测试系统测试了复合固态电解质在全固态电池中的应用性能。与纯PEO电解质相比，复合15% Li_6.65Al_0.05La₃Zr_1.9Mo_0.1O₁₂的电解质电化学窗口为4.79 V，可以在0.2 mA/cm²下稳定循环500 h，在0.1 C倍率下，循环100圈容量保持率为89.9%。

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醚基电解液中CoS₂/NC作为钠离子电池高性能阳极的原因分析

边煜华, 刘朝孟, 高宣雯, 李健国, 王达, 李尚倬, 骆文彬

2023 (5): 1500-1509. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0001

摘要 ( 177 )

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高性能钠离子电池负极材料的开发迫在眉睫，过渡金属硫化物具有较高的储钠比容量和良好的氧化还原反应可逆性等优点，但是存在充放电过程中的容量快速衰减问题。和电极材料的改性相比，通过优化电解液来提高电极的电化学性能是一种更加方便、环保且有效的策略。本文研究了CoS₂/NC在乙二醇二甲醚（DME）和碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯（EC/DEC）两种电解液中作为钠离子电池负极材料的电化学和反应动力学差异，发现在与中间产物Na₂S₆副反应更少的DME电解液中，表现出优异的倍率性能、循环性能。通过紫外光谱证明了Na₂S₆在DME电解液中更高的稳定性，利用电化学阻抗测试和不同扫速下的循环伏安测试对电极材料的电子传输和离子扩散速率进行分析，证明了CoS₂/NC与电解液的副反应来自于中间产物多硫化钠与电解液的反应，中间产物在电解液中的稳定性是影响CoS₂/NC电化学性能的主要原因之一。我们的工作研究了多硫化钠在两种典型的电解液中的稳定性不同导致的电化学性能差异，并为过渡金属硫化物阳极和电解液之间的相互作用补充了新的见解。

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含分布式新能源和机电混合储能接入的微网协调控制策略

李斌, 叶季蕾, 张宇, 时珊珊, 王皓靖, 刘丽丽, 李明哲

2023 (5): 1510-1515. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0075

摘要 ( 118 )

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PDF(2427KB) ( 122 )

含分布式光伏等新能源接入的微网作为大电网的补充目前应用日趋广泛，但是随着新能源在微网系统中的占比比例不断增加，其出力的波动直接影响到微电网系统整体的稳定性。飞轮储能属于功率型储能系统，能够适应短时高频次充放电，相比于超级电容系统其环境适应性更好且全寿命周期内无污染。飞轮与电池储能系统相结合能够平滑分布式新能源出力波动，提升微网系统稳定性，但是飞轮储能和电池储能运行特性差别较大，控制难度较高，目前在微网系统内应用较少。本文设计了一种含分布式光伏、电池/飞轮机电混合储能系统接入的交直流混合微网运行拓扑，并在此基础上提出了基于电池/飞轮机电混合储能系统的微网系统协调控制策略，根据飞轮和电池剩余容量的不同，将混合储能系统划分为不同状态，以此为依据同时考虑不同类型储能系统输出额定功率和分布式新能源功率波动大小，对飞轮和电池的充放电电流进行调节，从而减小由于新能源接入引起的微网内功率波动。本文基于MATLAB/Simulink环境搭建了基于交直流混合母线的微网系统，仿真结果验证了所提微网协调控制策略的有效性。

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2022年中国储能技术研究进展

陈海生, 李泓, 徐玉杰, 陈满, 王亮, 戴兴建, 徐德厚, 唐西胜, 李先锋, 胡勇胜, 马衍伟, 刘语, 苏伟, 王青松, 陈军, 卓萍, 肖立业, 周学志, 冯自平, 蒋凯, 尉海军, 唐永炳, 陈人杰, 刘亚涛, 张宇鑫, 林曦鹏, 郭欢, 张涵, 张长昆, 胡东旭, 容晓晖, 张熊, 金凯强, 姜丽华, 彭煜民, 刘世奇, 朱轶林, 王星, 周鑫, 欧学武, 庞全全, 俞振华, 刘为, 岳芬, 李臻, 宋振, 王志峰, 宋文吉, 林海波, 李杰才, 易斌, 李福军, 潘新慧, 李丽, 马一鸣, 李煌

2023 (5): 1516-1552. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0330

摘要 ( 900 )

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本文对2022年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析，总结了2022年中国储能领域的主要技术进展，包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、锂离子电池、铅蓄电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、新型储能技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明，2022年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均有重要进展，中国已成为世界储能技术基础研究、技术研发和集成应用最活跃的国家。

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锂电池百篇论文点评（2023.2.1—2023.3.31）

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

2023 (5): 1553-1569. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0228

摘要 ( 283 )

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PDF(946KB) ( 339 )

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2023年2月1日至2023年3月31日上线的锂电池研究论文，共有3714篇，选择其中100篇加以评论。正极材料的研究集中于镍酸锂、高镍三元材料的表面包覆和掺杂改性，以及其在长循环中的结构演变等。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和界面的改性。金属锂负极的研究集中于金属锂的表面修饰。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、氯化物固态电解质、聚合物固态电解质和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层状氧化物正极材料在硫化物、氯化物固态电池中的应用。锂硫电池的研究重点是提高硫正极的活性，抑制“穿梭”效应。电池技术方面的研究还包括干法等电极制备技术。测试技术涵盖了锂沉积和正极中锂离子输运等方面。理论模拟工作侧重于固态电池中固态电解质及其与电极界面的稳定性研究。

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中性水系有机液流电池正极电解质的研究进展

屈康康, 刘亚华, 洪叠, 沈兆曦, 韩效钊, 张旭

2023 (5): 1570-1588. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0093

摘要 ( 370 )

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PDF(6194KB) ( 233 )

中性水系有机液流电池是一种采用在中性条件下水溶性的有机电活性材料作为电解质，通过其可逆氧化还原过程实现能量的存储和释放的电化学储能技术，具有成本低廉、性能易于调控、操作安全性高等优势，在可再生能源的规模化并网和智能化分配方面显示出巨大的应用潜力。本文结合中性水系液流电池的研究现状，对基于二茂铁衍生物与TEMPO衍生物的正极电解质的发展现状、面临的主要挑战和未来发展方向进行了详细的综述和讨论，全面总结并比较了二茂铁衍生物与TEMPO衍生物的改性策略以及作为水系有机液流电池正极电解质的发展前景。相比之下，TEMPO衍生物在电极电势、溶解度、电池容量等方面都有着显著优势，被认为更具发展前景，但其长期循环稳定性略显不足。在已提出的诸多改性措施中，增大空间位阻与静电排斥是两大典型的策略。本文通过对TEMPO衍生物降解机理的分析总结，发现其降解主要是氮氧基键受到质子攻击断裂导致，笔者认为在TEMPO环上引入保护基团有望成为进一步提高其结构稳定性的新策略。

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电解液添加剂稳定水系电池锌负极界面的研究进展

时文超, 刘宇, 张博冕, 李琪, 韩春华, 麦立强

2023 (5): 1589-1603. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0089

摘要 ( 529 )

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PDF(15930KB) ( 301 )

水系锌金属电池(AZMBs)由于价格低廉、安全性高，在大规模储能领域极具潜力。然而，锌金属在常规水系电解液中并不稳定，界面处容易产生锌枝晶、析氢和腐蚀等副反应，导致AZMBs循环寿命较短。其中，电解液添加剂可以有效调控锌负极界面的化学特性和反应过程，显著提升其界面稳定性，大幅延长AZMBs的循环寿命。因此，对电解液添加剂稳定锌负极的相关研究进行总结，并对目前存在的关键问题提出新的解决思路非常必要。本文通过对近期相关文献进行探讨，简要介绍了锌负极目前面临的主要挑战及其相关机理，重点阐述了电解液添加剂对锌负极界面的主要调控机制，包括设计静电屏蔽层、贫水双电层(EDL)、原位固体电解质界面(SEI)层以及调控锌离子溶剂化鞘层。此外，还对不同添加剂类型进行了分类讨论，包括阳离子型、阴离子型、有机小分子型、有机聚合物型和其他类型，并分析了其各自的调控机理和对电化学性能的影响。最后，本文还对电解液添加剂策略稳定锌负极的未来发展方向提出了展望。

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调控LiPF₆ 基电解液溶剂化结构稳定富锂锰基正极界面

胡川, 胡志伟, 李振东, 李帅, 王豪, 王丽平

2023 (5): 1604-1615. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0072

摘要 ( 261 )

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PDF(6770KB) ( 206 )

富锂锰基正极材料具有高比容量和低成本的优势，有望成为下一代高能量密度金属锂电池的正极材料。然而在实际应用中，其相对于金属锂高达4.8 V的充电截止电压，会引发电解液氧化分解失效，导致正极与电解液的界面恶化使得电池难以稳定循环。为此本文开发了以1，1，2，2-四氟乙基-2，2，3，3-四氟丙基醚(TTE)充当促配位溶剂的六氟磷酸锂(LiPF₆)基新型高电压电解液。实验与表征结果说明，适量TTE引入后具有更多锂盐阴离子参与锂离子配位的溶剂化结构的电解液，能够在正极表面形成5 nm厚且富含氟元素的正极电解液中间相(CEI)，稳定正极界面并抑制正极层状结构的退化。使用新型电解液的富锂锰基正极对金属锂扣式电池，以99.8%的平均效率循环400次后，仍有83.9%的容量保持率(0.5 C)。组装1.25 Ah的富锂锰基正极对金属锂软包电池，在0.04 C下能够提供370 Wh/kg的质量能量密度，在0.08 C下循环45次后，仍有80%的容量保持率，表现出良好的应用前景。本研究有助于推动富锂锰基正极的应用，为高能量密度金属锂电池的研发提供实验依据。

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基于天然纤维素物质的C/TiO₂/CuMoO₄ 微-纳结构复合纤维材料构筑及其电化学性能

张吉栋, 杨展, 黄建国

2023 (5): 1616-1624. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0146

摘要 ( 132 )

HTML ( 16 )

PDF(3236KB) ( 50 )

锂离子电池作为目前常见的储能器件，具有能量密度高、功率密度大、价格低廉、绿色环保等特点，已经得到广泛应用。目前发展非石墨基负极材料以提升电池性能的需求日益迫切，钼酸铜由于理论比容量高、还原电位低，是一种极具潜力的负极材料。本研究工作以天然棉花纤维为结构支架和碳源构建了一种具有微-纳结构的C/TiO₂/CuMoO₄复合纤维材料，解决了钼酸铜作为电极材料时导电性差和易粉碎的问题，表现出优异的电化学性能。首先对棉花纤维进行酸碱预处理提高其比表面积；然后通过溶胶-凝胶法在纤维表面沉积超薄二氧化钛层；再利用层层自组装(LbL)技术沉积钼酸铜层；最后在氩气氛围中于500 ℃煅烧6 h得到微-纳结构的C/TiO₂/CuMoO₄复合纤维材料。当用作电极材料时，在100 mA/g的电流密度下，钼酸铜质量分数为22.8%的复合材料首圈放/充电比容量分别为1212 mAh/g和675 mAh/g，库仑效率为55.7%，经过200圈循环后，其比容量为403 mAh/g，保持率为59.7%，具有良好的循环性能和倍率性能。这种微-纳结构提高了复合材料的导电性和稳定性，从而增强了其电化学性能。

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锆酸镧锂固态电解质合成过程多因素影响

雷蕾, 高鹏, 冯娜娜, 蔡坤鹏, 张海, 张扬

2023 (5): 1625-1635. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0646

摘要 ( 166 )

HTML ( 34 )

PDF(11215KB) ( 194 )

本工作采用化学共沉淀方法合成石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)固态电解质，借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学阻抗谱分析等系统研究了制备过程中烧结工艺、球磨、Al元素掺杂及压片压力等参数对样品颗粒尺寸、立方相稳定、致密化行为以及最终固态电解质锂离子电导率的影响。研究结果表明，热压烧结或湿法球磨均有利于提高固态电解质片的致密度，但样品的最终离子电导率受晶相结构影响表现不佳，相比而言干法球磨、常压烧结能够很好地合成立方相c-LLZO且结构中的杂相随温度升高而减少。为了解决随温度升高产生的颗粒粗化问题，由两步烧结代替一步烧结获得小粒径、高致密度固态电解质，同时增强了Al掺杂离子的稳定结构作用。最终，干法球磨、经750 MPa冷压成型、1100 ℃×6 h-1200 ℃×20 h两步烧结获得的Al掺杂LLZO电解质离子电导率最高，达1.52×10^-4 S/cm，这是其稳定立方结构和高致密度形貌共同作用的结果。本研究有助于推动陶瓷材料的制备与应用，为固态电池技术研发提供指导。

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高镍正极材料的稳定改性方法研究综述

李金涛, 牟粤, 王静, 邱景义, 明海

2023 (5): 1636-1654. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0052

摘要 ( 268 )

HTML ( 71 )

PDF(7905KB) ( 269 )

高镍正极材料拥有容量高、稳定性好、成本较低以及环境友好等优点，是未来开发高比容量锂离子电池的关键正极材料之一。同时，为获得更高可逆容量以进一步提升电池的比容量，增加材料本体中的Ni元素含量是常用、也被广泛认可的技术手段。不过，随着材料中镍的提升，也带来了诸多问题，诸如阳离子混排程度上升，表-界面副反应活性增多，热稳定性下降，晶体容易出现裂纹并迅速蔓延扩散，以及在空气中容易生成残余锂化合物等。在这些负面诱因的共同作用下，高镍正极材料面临着使用环境要求较高、循环过程中易发生结构破坏以及造成的安全性等问题，阻碍了其进一步推广应用。基于上述考虑，本文梳理了近些年用于稳定高镍正极材料的改性方法，综合分析了各方法的特性及研究现状，经分析认为，后续在锂离子电池高镍正极研发改性的过程中，应从原有改性策略出发，进行更小尺度、更精细化地结构优化，针对电芯的不同应用场景进行材料微观结构的定制化改性，全面实现高镍正极材料的各项性能提升。

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配电台区电池储能系统优化均衡控制研究

吴毅, 孟亚宏, 张怡, 周铁, 刘继, 魏业文

2023 (5): 1655-1663. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0759

摘要 ( 116 )

HTML ( 25 )

PDF(2524KB) ( 113 )

电力系统配电台区作为电能分配的关键单元，其核心部件储能电池组的显著特点是单体数量众多，针对储能电池组内各单体不可避免的一致性差异，提出一种基于K-means聚类的储能电池组自适应群组均衡控制方法。首先，引入一种均衡能量可以在任意单体间或包含任意数量单体的电池模块间转移的均衡拓扑；其次，提出群组均衡思想，通过K-means聚类将需要充、放电的相邻单体聚类成组，实现均衡能量在包含不同个数相邻单体的电池群组间转移；最后，通过仿真实验，验证了所提聚类群组均衡控制相比于基于极差的单体对单体均衡控制，初始SOC分布“中间高，两边低”“两边高，中间低”以及“均衡分布”的情况下，在保证均衡效率的同时，均衡速度分别提高了34.8%、19.8%和17.6%。仿真结果表明，基于K-means聚类的储能电池组群组均衡控制相比于单体对单体的均衡控制，可以显著提高均衡速度。本研究提出了大数量单体构成的储能电池组的群组均衡思路，有助于提高储能电池组的均衡速度，进而提高其能量利用率、循环寿命及安全性，促进储能电池组的应用。

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细水雾释放策略对大容量三元锂离子电池热失控火灾抑制效果的实验研究

韩路豪, 王子阳, 何骁龙, 何春汕, 石晓龙, 姚斌

2023 (5): 1664-1674. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0750

摘要 ( 194 )

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PDF(5899KB) ( 144 )

动力电池中，大容量三元锂离子电池产量大、热失控危险性高，使用细水雾抑制其热失控火灾的研究受到广泛关注。本文以150 Ah大容量三元锂离子电池为研究对象，使用10 MPa细水雾分别采取连续释放策略和脉冲释放策略进行热失控火灾抑制实验，对比分析不同释放时间、脉冲周期、占空系数等参数对热失控行为、温度及产热速率等实验结果的影响，结果表明：相比普通容量的锂离子电池，大容量三元锂离子电池的热失控过程会反复发生多次更为剧烈的燃烧行为，温升速率增幅明显，但细水雾对其仍有较好的火灾抑制效果，且释放时间越长，灭火效果与冷却效果越好，但连续释放策略仍存在复燃现象，且随着释放时间的增加，冷却效率的增幅逐渐趋缓。针对大容量三元锂离子电池，脉冲释放策略的热失控火灾抑制能力优于连续释放策略，其能够快速扑灭明火且不发生复燃，有效降低了产热速率和电池表面最高温度。在本文条件下，耗水量为10 L、周期为10 s的脉冲细水雾，在占空系数为0.3时存在冷却效果的实验最优值，此时的脉冲释放与相同耗水量下的连续释放相比，产热速率下降了28%，电池表面最高温度下降了176 ℃。本文可为大容量三元动力电池系统的灭火设施设计提供参考。

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退役动力电池回收及其在储能系统中梯次利用关键技术

于会群, 胡哲豪, 彭道刚, 孙浩益

2023 (5): 1675-1685. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0036

摘要 ( 277 )

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PDF(1410KB) ( 228 )

新能源汽车产业迅速发展，动力电池将在更迭换代中迎来退役潮，梯次利用技术能够在最大化利用动力电池全寿命周期的同时缓解回收压力及环境污染问题。为进一步完善梯次利用绿色可持续发展体系，本文研究了当前梯次利用相关政策、标准及应用场景，并从电池回收与储能系统梯次利用两方面，分别对电池回收模式、老化原理、检测、筛选、状态估计、容量配置、控制策略等技术研究展开讨论。最后结合国内形势，探讨了退役动力电池梯次利用所面临的问题与挑战，并针对关键技术的突破与产业体系的形成提出建设性意见，以期为梯次利用产业布局提供助力。

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基于大倍率电流脉冲的动力锂离子电池阻抗模型优化

李欣雨, 韩雪冰, 卢兰光, 李建秋, 欧阳明高

2023 (5): 1686-1694. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0055

摘要 ( 211 )

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PDF(2317KB) ( 244 )

随着中国能源转型的推进，动力电池使用量逐年上升。随之而来的电池安全运行问题逐渐凸显。在保障电池稳定运行的电池管理系统(Battery management system，BMS)中，等效电路模型(Equivalent circuit model，ECM)是其工作的基础核心。而目前的电池管理系统模型主要为线性模型，且受限于计算量和芯片的计算能力，无法合理表达电池在极端工况下，如大功率等情况下的非线性特征。针对这一问题，本文从可用功率角度出发，对电池进行了不同倍率的脉冲放电实验，分析了不同倍率情况下电池内阻的非线性特征，改进了电池的等效电路模型，建立了高倍率条件下阻抗随电流的变化关系。实验结果表明改进后的等效电路模型的模型误差为1.74%，远小于旧模型的8%。研究成果比传统等效电路模型相比提高了精度，且计算量比P2D(Pseudo-two-dimensions，P2D)模型小，预期可以用于BMS中电池模型可用功率的在线仿真计算，避免动力电池过功率放电，提高电动自行车使用安全性。

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基于火灾事故树模型的储能锂离子电池安全性检测方法与验证

刘家亮, 郭翠静, 汪奂伶

2023 (5): 1695-1704. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0039

摘要 ( 253 )

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PDF(6172KB) ( 234 )

规模化储能应用对锂离子电池提出了更高的安全性需求，充分挖掘储能用锂离子电池安全性检测技术对提升电池安全性能具有重要意义。GB/T 36276—2018《电力储能用锂离子电池》作为我国首个储能电池国家标准，其中规定的安全测试条款是否科学合理，检测方法是否可行亟待验证。本文基于储能锂电池安全事故触发因素，将火灾发生的必要因素通过火灾事故树原理层层分解。再利用布尔代数算法进行模拟，提出储能电池安全检测项目，与国家标准GB/T 36276—2018进行对比分析，验证了现行国家标准条款的科学合理性。最后基于试验平台，选用三元锂、钛酸锂、磷酸铁锂及锰酸锂等不同体系储能用锂离子电池开展了14种安全检测试验，对提出的测试项目进行试验验证。国内外首次验证了国家标准GB/T 36276—2018中安全测试条款的操作性和可行性，也为国家标准GB/T 36276新版本的修编提供了依据和数据支撑。

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基于组合频率阻抗特征的锂离子电池健康状态估算

李林泽, 张向文

2023 (5): 1705-1712. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0721

摘要 ( 142 )

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PDF(4187KB) ( 154 )

电池健康状态(state of health，SOH)的准确估算是保证电动汽车高效安全运行的关键。从电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy，EIS)中提取健康特征可实现电池SOH的准确估算，但在线采集EIS数据对车载设备要求较高不易实现，而采集单频率阻抗作为特征进行SOH估算又面临精度较低的问题。针对该问题，本文提出一种基于组合频率特征的SOH估算方法，首先，通过对实验数据进行分析，将前120次循环的10 Hz虚部和后320次循环7.94 Hz的虚部进行组合，形成电池组合频率阻抗特征。然后，基于组合频率阻抗特征，利用B1和B2电池测试数据建立电池SOH估算的长短期记忆(long short term memory，LSTM)神经网络模型，并通过B3和B4号电池数据对模型进行验证。结果显示，采用组合频率阻抗特征建立的SOH估算模型的均方根误差最小为0.3%，相比采用单频率阻抗特征所建立的模型，其误差减小23.9%以上。由此可见，本文所提出的基于组合频率特征的SOH估算方法，不仅阻抗测量过程简单，且估算精度较高，可应用于电池SOH的在线估算。

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电池无损检测监测方法分析

郝奕帆, 祝夏雨, 王静, 邱景义, 明海, 方振华

2023 (5): 1713-1737. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0081

摘要 ( 378 )

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电池作为可以实现能源时空调节的器件，是优化能源应用、提高能源综合使用效率的最佳方法之一。随着储能需求的增加及大规模储能系统的广泛应用，高能量密度、长循环寿命的电池成为当前研究的重点。然而，随着电池性能的提升，其安全性问题也日益凸显，电池安全事故往往与电池的有机电解液体系易燃易爆属性、大电流充放电而诱发的热蓄积、电池单体结构以及模组的热电环控技术紧密关联。无损的表征手段可最大限度避免外界干扰，在真实的环境和使用工况下对电池实施原位检测分析，从而更清晰准确地表达和监测电池使役行为，获得电池的反应瞬态和健康状态等关键信息，精准分析电池热失控、寿命衰减等性能衍变规律和反应原理，进一步指导电极材料的制备、电池结构的设计及模组控制，提升电池的安全性和可靠性。本综述对近些年报道的电池无损检测监测表征方法进行了梳理，包括传感器、磁共振、X射线、中子散射、超声波检测、拉曼散射技术等，分别阐述了其原理、应用方式及获取信息的特征，并对各表征技术进行了综合比较，尤其是电池数据的互为支撑关系，为深入探究电池在不同工况下的内部微结构演变与电性能、安全性等的关系提供方法和技术手段，提高电池使用效能，为电池事故预警和寿命预警机制的建立提供支撑。

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全球储能领域高水平基础研究人才结构特征和研究主题分析

李兵, 周洪, 王丽平, 冯晗

2023 (5): 1738-1746. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0126

摘要 ( 104 )

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“双碳”背景下，储能作为克服光伏、风电等清洁能源不稳定性的支撑技术，重要性日益显现。基础研究是整个科学体系的源头和所有技术问题的总机关，开展储能领域高水平的基础人才研究对我国在储能领域的自主创新和原始创新具有重要的意义。本文采用文献计量的方法，使用全球“高被引科学家”名单和储能领域论文数据，分析储能领域高水平人才的结构特征、分布和趋势，为相关部门制订储能领域人才培养与引进、建设高水平研究高地和鼓励企业参与基础研究等方面的政策提供参考和依据。

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新能源背景下储能空调系统建设策略研究

张宁

2023 (5): 1747-1748.

摘要 ( 54 )

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计算机技术在锂离子电池检测中的应用

赵兮

2023 (5): 1749-1750.

摘要 ( 52 )

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锂离子电池在新能源汽车中的设计及应用

丁徐强, 陶琦, 罗鹰

2023 (5): 1751-1752.

摘要 ( 92 )

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深度学习理论在电网异常检测中的应用

崔海花, 赵英凯

2023 (5): 1753-1754.

摘要 ( 39 )

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