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2023年, 第12卷, 第9期　刊出日期：2023-09-05 上一期   

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

本期中英文目录 2023 (9):  0.  摘要 ( 54 )   PDF(2591KB) ( 39 )   相关文章 | 计量指标

储能材料与器件

O3/P2-Na x Ni1/3Co1/3Mn1/3O2 复合相正极材料的结构演变与储钠性能 蔡浩然, 闫利珏, 杨旭, 潘慧霖 2023 (9):  2707-2714.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0347 摘要 ( 238 )   HTML ( 82 )   PDF(3883KB) ( 248 )   复合相界面可有效抑制含钠层状过渡金属氧化物正极材料中复杂的结构相变，提高循环稳定性。然而，复合相界面的设计与调控与层状氧化物的合成、煅烧过程密切相关。通过改变降温方式可实现对O3/P2-Na x Ni1/3Co1/3Mn1/3O2复合相正极材料的O3/P2相界面调控，进而调节其电化学储钠性能。研究发现，自然降温有利于高温煅烧阶段扩散至材料表面的钠离子返回体相，形成稳定的O3/P2相界面。急速降温过程如液氮骤冷，会阻隔钠离子返回体相，导致复合相材料容量降低，且不利于形成稳定的O3/P2相界面，削弱循环性能。电化学阻抗和循环伏安测试表明液氮降温会增大O3/P2-Na x Ni1/3Co1/3Mn1/3O2复合相界面阻抗，限制钠离子扩散动力学，导致钠离子扩散系数下降。本工作尝试建立钠离子扩散平衡机制以解释降温过程中钠离子的扩散行为及其对O3/P2相界面与体相钠含量的影响。合理调控层状氧化物正极煅烧过程的降温过程，对构建稳定复合相结构，抑制结构相变，提高层状氧化物材料的电化学稳定性具有重要意义。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

不同杂原子掺杂钛酸钠对储钠性能的影响 葛金雨, 孟祥辉, 祁永军, 孙浩, 李健君, 周冰, 桂亭亭, 邢庆伟, 黄曼 2023 (9):  2715-2726.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0273 摘要 ( 287 )   HTML ( 57 )   PDF(9949KB) ( 105 )   相比于传统的锂离子电池，钠离子电池具有低成本、高安全性的优点，因此被赋予厚望。电极材料的电化学性能决定着整个电池的功能，由于钠离子半径比锂离子大，使得离子嵌入/脱出比较慢，且多次循环后电极材料容易出现结构破坏，从而引起容量的衰减。因此，高能量密度、长寿命电极材料是实现高性能钠离子电池的突破口。钛酸钠(NTO)中TiO6八面体通过角或边相互连接，形成隧道状和层状结构，这种开放式结构使NTO成为极具潜力的钠离子电池负极材料。在这项工作中，借助扫描电子显微技术(SEM)、透射电镜(TEM)能谱分析技术(EDS)和电化学技术等表征测试手段，对比P和S掺杂NTO作为钠离子电池负极材料的电化学行为差异。我们发现磷掺杂的NTO(P-NTO)与硫掺杂的NTO(S-NTO)相比表现出优异的电化学性能，当它用作钠离子电池电极时，表现出出色的长循环稳定性和倍率性能。当电流密度高达2000 mA/g时，P-NTO提供111 mAh/g的可逆容量。即使经过1300次循环(500 mA/g)，该电极仍保持150 mAh/g的可逆容量。这些优异的性能主要归功于NTO的开放结构和P的掺杂大大促进了纳米片的电子传输。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

储能材料与器件

负极补锂锂化裕度对电芯性能的影响及机理研究 黄晓伟, 李少鹏, 张校刚 2023 (9):  2727-2734.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0337 摘要 ( 492 )   HTML ( 117 )   PDF(5833KB) ( 333 )   本工作以LiFePO4为正极材料、以压延方式将金属锂片压延至石墨表面所得的Li/石墨为负极材料制作了软包锂离子电池，通过不同金属锂片的厚度设计了4种不同的软包电芯，研究了压延不同锂片厚度对电芯容量、首效、倍率、高低温放电、存储、循环寿命的影响。实验结果表明，相比于2.5 μm、7.0 μm金属锂片，4.0 μm、5.0 μm锂片锂化的石墨负极表现出更加优异的容量及循环性能，循环600周后，容量保持率均大于100%。其中，2.5 μm压延的锂片厚度太薄库仑效率过低；7.0 μm压延的锂片厚度太厚负极出现明显析锂，容量衰减过快。基于此本工作提出锂化裕度(DLRP)概念及其理论计算方法，用于评估压延预锂化法的最佳补锂范围。本研究有助于推动预锂化石墨负极的应用，为高比能量锂离子电池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

Cu-In/Bi合金中亲锂位点诱导均匀锂成核实现高倍率锂金属电池 李文彪, 耿海涛, 高一博, 高召顺, 王宝 2023 (9):  2735-2745.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0318 摘要 ( 225 )   HTML ( 28 )   PDF(14948KB) ( 103 )   锂金属因具有高理论比容量和低电化学电位的优势，被认为是锂电池理想的负极材料。然而，锂金属负极受限于枝晶生长和体积膨胀等问题难以实现商业化应用。因此，设计合理的三维骨架对锂金属负极的循环稳定性尤为重要。基于不同金属之间饱和蒸气压的差异和柯肯达尔效应，本工作采用气相脱合金策略制备了含亲锂位点的多孔铜-铟/铋合金骨架，随后通过熔融载锂法制造了预存储锂的复合锂金属负极(3D Cu-InLi-Li和3D Cu-LiBi-Li)用于高倍率锂金属电池。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等测试手段表征材料的物相组成和微观形貌，并研究铟合金和铋合金作为亲锂活性位点对锂金属负极的电化学性能影响。实验结果表明，气相脱合金法制备的多孔铜电极具有较低的成核过电位，表现出优异的循环稳定性。搭配磷酸铁锂正极，复合锂金属负极在10 C下循环1000次后的可逆比容量分别为65.7 mAh/g (3D Cu-LiBi-Li)和61.9 mAh/g (3D Cu-InLi-L)，明显高于商业锂箔对应的循环性能(55.7 mAh/g)，表明铟合金和铋合金提升了锂金属负极的循环稳定性。本工作通过气相脱合金法和熔融载锂法制备锂金属负极的方法具有较高的应用价值。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

锡基三维石墨烯泡沫调控及其锂电池负极性能 江婉薇, 梁呈景, 钱历, 刘梅城, 朱孟想, 马骏 2023 (9):  2746-2751.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0210 摘要 ( 122 )   HTML ( 26 )   PDF(4313KB) ( 37 )   本工作通过酚醛树脂原位聚合反应，将石墨烯片锚定成具有三维泡沫形貌的多孔材料，并对其进行结构优化，研究了其碳化后及掺锡碳化后泡沫的储锂性能。借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)，对其做形貌结构表征，考察了两种酚醛树脂用量对三维石墨烯泡沫形貌的影响及优化后掺锡的电化学性能。结果表明：在石墨烯用量相同的情况下，间苯二酚和戊二醛分别使用0.1和0.2 g时能得到形貌最佳的三维石墨烯泡沫，其碳化后具有较高的比容量和循环稳定性能。掺入二氧化锡后，充放电比容量进一步得到提升，经过100圈循环后，充放电比容量仍保持360 mAh/g。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

石墨烯/Si/SiO x 纳米复合材料的制备及储锂性能研究 李悦, 王博, 吴楠 2023 (9):  2752-2759.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0206 摘要 ( 185 )   HTML ( 51 )   PDF(5136KB) ( 98 )   本文以三乙氧基硅烷为原料，在氧化石墨烯悬浮液中采用原位溶胶-凝胶反应和随后的H2/Ar气氛下热还原反应制备了石墨烯/Si/SiO x (G//Si/SiO x )纳米复合材料。G//Si/SiO x 纳米复合材料中，粒径约20 nm的Si纳米粒子分布到非晶SiO x 基体中组成粒径为100～200 nm的Si/SiO x 纳米球随机分布在二维石墨烯片表面和层间。G//Si/SiO x 电极独特的纳米结构能够提供快速的电子传递通道和有效缓解循环过程中Si纳米粒子体积变化，促使电极具有良好的电化学储锂性能。作为锂离子电池负极材料，G//Si/SiO x 电极在电流密度200 mA/g下呈现出722.45 mAh/g的高初始可逆容量，300个循环后，可逆容量高达853.76 mAh/g，以及优异的倍率性能。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

二维硼锑薄膜作为锂硫电池锚定材料的第一性原理研究 杨殷晨, 任山令, 杨志红, 王允辉 2023 (9):  2760-2766.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0354 摘要 ( 210 )   HTML ( 25 )   PDF(3359KB) ( 86 )   锂硫电池因其更高的理论能量密度而在电化学储能技术研究中受到越来越多的关注。但是长链多硫化物在电池的充放电过程中容易溶解到电解液中，会造成“穿梭效应”，影响硫电极和锂硫电池的循环稳定性。本文基于第一性原理计算，研究了二维硼锑(BSb)单层作为锂硫电池的锚定材料并抑制穿梭效应的可能性。通过计算多硫化物在BSb单层上的吸附能、物理和化学吸附、差分电荷密度、态密度(DOS)、扩散势垒以及吉布斯自由能，系统地研究了Li2S n 在BSb单层上的吸附过程。随着硫在锂化过程的进行，Li2S n 分子的吸附能从1.64 eV增加到3.44 eV，从而有效地抑制了多硫化物在电解液中的溶解。化学吸附在硫的锂化过程的早期阶段占优，在Li2S6阶段可以形成化学键，保证了高阶Li2S n 能够被有效地吸附并抑制穿梭效应。态密度的计算结果表明，吸附后BSb单层的带隙从0.51 eV降低到0.24 eV，从而有效地改善了导电性。通过CI-NEB方法计算得到了最佳的迁移路径。BSb单层良好的吸附性能和导电性表明其有望成为锂硫电池正极的锚定材料。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

天然鳞片石墨球化尾料的高性能负极材料制备及储锂特性研究 周向阳, 胡颖杰, 梁家浩, 周其杰, 文康, 陈松, 杨娟, 唐晶晶 2023 (9):  2767-2777.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0274 摘要 ( 212 )   HTML ( 44 )   PDF(8664KB) ( 139 )   以天然鳞片石墨球化尾料(球化微粉)为原料，将其纯化、与沥青混料、等静压压制成型、碳化、破碎及筛分处理，制备了可应用于锂离子电池的石墨负极材料(SG/C)。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、氮气吸附、激光粒度仪、X射线荧光光谱仪(XRF)及电化学方法等表征测试手段，研究了沥青加入量、碳化升温速率及碳化温度对SG/C材料的理化性能及电化学性能的影响。结果表明，在沥青添加量为10%、碳化升温速率为2 ℃/min、碳化温度为1000 ℃的优化处理条件下，所得SG/C-V2-1000材料表现出最优的电化学性能。其在0.1 C倍率下的首次可逆比容量为352.4 mAh/g，首次库仑效率为93.12%；在0.2 C倍率循环400圈后的容量保持率为79%，在0.5 C倍率下循环200圈后的容量保持率为85%。该研究对于实现天然鳞片石墨球化微粉的高值化利用提供了实验依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

MgSO4-LiCl@MEG复合储热材料的制备与吸附储热性能 张雪龄, 叶强, 谷军恒, 荀浩云, 张琦, 程传晓, 金听祥, 张业强 2023 (9):  2778-2788.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0346 摘要 ( 133 )   HTML ( 26 )   PDF(8613KB) ( 42 )   水合盐热化学吸附储热技术因其低储热温度、高储能密度、长期无损储存和清洁无污染的特性而受到广泛关注。本工作首先对膨胀石墨改性，获得亲水改性的膨胀石墨(MEG)。通过调配MgSO4与LiCl的不同质量比，采用混合球磨法制备MgSO4-LiCl@MEG复合储热材料。通过吸附实验，优选出混合盐的最佳比例为9∶1。对优选的混合盐添加4种不同比例的MEG，发现复合材料的吸水率高于该含盐量下的理论值，说明添加MEG有效改善了MgSO4的结块和LiCl的液解问题。脱附过程均可在120 min内完成。采用线性驱动力学模型(LDF)拟合得到四种样品的吸附动力学常数，约为0.005 s-1。复合储热材料的平衡吸水率随着湿度的增加而增加，随温度的增加而减小。SEM和XRD测试结果表明混合盐通过物理结合并均匀分散在MEG的片状孔隙中。MEG10展现出最好的储热性能，其储热密度为957 kJ/kg，储热峰值温度为115.2 ℃，吸水率为0.925 g/g，导热系数为2.07 W/(m·K)，是MgSO4的16.97倍。经过40次循环测试，MEG10的储热密度仅降低了29.4%，吸脱附性能分别降低15.1%和19.6%，表现出良好的热稳定性和吸脱附性能。该混合球磨法大大提高了复合储热材料的含盐量，为长周期和高密度蓄热技术提供了较好的参考。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于相变材料蓄热的5G通信基站柜体优化 朱江恬, 张圆, 罗意彬, 杨慧婷, 李杰, 孙小琴 2023 (9):  2789-2798.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0293 摘要 ( 171 )   HTML ( 43 )   PDF(4338KB) ( 69 )   针对5G通信基站散热性能不佳、能耗高、过热风险大、冷却效率低等问题，本工作从优化基站柜体的角度出发，探究了相变材料相变温度(16～30 ℃)、相变材料安装位置以及相变通风对5G基站能耗的影响。以长沙地区为例，设计了20种不同相变温度、不同相变材料安装集成的相变柜体模型以及2种通风柜体模型，采用EnergyPlus软件模拟不同模型下的能耗。结果表明：传统基站年耗电量为3469.92 kWh，夏季典型日基站柜体温度由外壁至内壁呈下降趋势，冬季反之，基站全年72.75%时间均处于放热状态，基站柜体优化时需更注重冬季和过渡季节散热能力的设计，兼顾夏季隔热性能的优化；基站加入相变材料时，外侧布置均优于内侧布置；相变温度为25 ℃相变材料、相变材料外侧布置时基站节能效果最佳，全年耗电量可降低124.75 kWh，其1月份节能率最大为16.87%；在此基础上引入通风，基站年能耗由3469.92 kWh降低至2316.87 kWh，年节能率达33.22%，且1～4月和11～12月，月节能率均超过50%；相较于未加入相变材料通风，加入相变材料通风在12月份节能率最大，可达17.78%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

水系锌离子电容器正极材料的研究进展 詹世英, 李欢欢, 胡方 2023 (9):  2799-2810.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0331 摘要 ( 255 )   HTML ( 36 )   PDF(12039KB) ( 97 )   随着智能电子产品和电动汽车的普及，人们对高效率储能装置的需求日益迫切。锌离子电容器(ZICs)结合超级电容器和锌离子电池的储能机制，可以在兼顾功率密度的同时提供理想的能量密度，成为当前最具有发展前景的电化学储能装置之一。与锂离子电池相比，ZICs具有低成本、高安全性和高理论容量等优势。但是它的发展尚且处于初期阶段，低电容量和容量衰减等问题严重阻碍其工业化进程，因此对于电极材料的开发和储能机制的探究仍旧是当前研究的热点。正极材料作为该装置的核心部件之一，其组织形貌和性能对器件综合电化学性能有着至关重要的作用。本文阐述了多孔碳材料、结构碳材料、过渡金属氧化物和MXenes作为正极材料当前的研究进展，介绍了材料的制备方法和结构设计，着重分析储能机制和电化学行为，以及对性能衰减的原因进行了讨论。最后，对正极材料当前所面临的挑战及未来的发展进行了展望。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

水电解制氢用商业化阴离子交换膜发展现状 闫旭鹏, 卢启辰, 任志博, 王金意, 王晓龙, 刘丽萍, 王伟, 郭伟琦, 刘鹏, 李方家 2023 (9):  2811-2822.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0271 摘要 ( 474 )   HTML ( 56 )   PDF(4056KB) ( 338 )   在全球碳中和的战略背景下，全球主要经济体陆续提出氢能发展规划与目标，将氢能的发展上升至战略高度。通过可再生能源电解水制取绿色、低碳氢气获得了前所未有的全球共识。新一代阴离子交换膜水电解(AEMWE)制氢技术是基于阴离子交换膜(AEM)开发的新一代制氢技术，兼具低成本的材料体系和灵活的动态响应特性，有望在未来实现大规模应用。AEMWE制氢技术近年来受到了国内外广泛的关注，并临近商业化应用。本文围绕AEMWE制氢技术的关键材料——阴离子交换膜开展论述，介绍了代表性商业化膜材料的结构特点和理化特性，讨论了以AEM为核心的膜电极组件(MEA)制备工艺研究进展。本文重点分析讨论了多种商业化AEM在水电解制氢过程中的性能表现，分析了水电解制氢过程中膜电极性能的影响因素，并结合长时间运行稳定性评估了多种商业化AEM的应用潜力。最后从产业化推广的角度，文章总结了关键AEM材料在电解水制氢领域应用所面临的技术难题，提出了可能的发展方向，期望为AEMWE制氢技术的发展提供借鉴和参考。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

储能系统与工程

基于相变堆积床的卡诺电池系统设计与实验研究 孛衍君, 薛新杰, 王化宁, 赵长颖 2023 (9):  2823-2832.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0314 摘要 ( 277 )   HTML ( 42 )   PDF(4515KB) ( 90 )   卡诺电池系统是一项将过余电量以热能的形式存储起来，需要的时候通过动力循环向外释放的大规模物理储能系统，其摆脱了地理环境限制且紧凑高效，在削峰填谷、长时储能方面具有广泛前景。本工作设计了一套基于正/逆布雷顿循环和相变储热技术的10 MWh级卡诺电池系统，建立了基于Python3.8的数值模型，探究了压比、等熵效率、工质雷诺数、介质长径比等参数对系统性能的影响，结果表明该系统运行在压比为10、等熵效率0.9工况下时往返效率可以达到0.6，储能和功率密度分别达到378.44 kWh/m3、203.58 kW/m3。在不同的运行参数下分别对两个储罐的储能过程进行了实验研究，验证了当入口处工质压力越大、温度与室温温差越大，系统的储能密度与功率密度越高。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

压缩空气储能系统供冷性能提升 李文慧, 焦勇涵, 郭歌, 李佳俊, 邓建强 2023 (9):  2833-2841.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0214 摘要 ( 165 )   HTML ( 39 )   PDF(1613KB) ( 80 )   绝热压缩空气储能系统能够实现冷热电三联输出。若应用压缩空气储能系统代替制冷设备供冷，则可利用抵扣的制冷设备投资抵消一部分储能系统投资，从而缩短储能系统回收周期。另外，错峰用电可减少夏季大规模供冷设备对峰电资源的消耗。本工作构建了气罐容积5000 m3，气罐贮存压力范围4.6～10.0 MPa的绝热压缩空气储能系统，系统产出的冷量通过引射器产出冷气的方式供给用户，模拟了系统充释能过程以获得系统的能量产出特性。以供冷季节产冷最大化，非供冷季节产电最大化为主目标，分析确定了系统关键配置以及运行参数。研究结果表明，该系统在供冷季节的最大产冷量为36.96 GJ，可为190户供冷。与以经济效益最大化为目标的压缩空气储能三联产系统相比，本系统的供冷能力提升287.76%。调控预热热水流量可以改变系统能量产出比例，以使系统匹配用户多变的能量需求。若运行在最大供冷工况下，本系统回收周期为12.39年。本工作构建的系统旨在为绝热压缩空气储能系统在制冷方面的应用提供一条新的思路，为夏季大规模供冷提供新的方法。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

电力现货市场中新能源-光热联合发电系统的储热系统容量优化配置 尹航, 汤建方, 张继, 颜豪, 胡晓睿, 王澍 2023 (9):  2842-2853.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0335 摘要 ( 115 )   HTML ( 34 )   PDF(2159KB) ( 60 )   新能源-光热联合发电系统是一种利用新能源发电和储热能力实现优化综合发电能力的新型联合发电系统，技术上能够实现可控性强的清洁能源发电能力。在电力现货市场在国内快速普及的情况下，新能源发电在时变电价机制中最大化发电收入是新能源发电商的核心经营目标。本工作提出了一种在电力现货市场中，针对新能源-光热联合发电系统的储热系统优化配置方法。建立了一个联合发电系统的优化调控模型，模型以最大化联合发电系统发电收益为目标函数，以电力现货市场中场站上网母线的时变节点边际电价和时序消纳能力为边界，考虑了联合发电系统中新能源场站、聚光站、储热系统以及汽机发电系统之间的耦合，通过优化储热系统的充放热方式，模拟联合发电系统在电力市场中最优发电计划。根据联合发电系统的优化调控模型，结合储热系统的经济效益指标，设计了一个基于两阶段优化的储热优化配置方法。最后，通过对实际规划电站的算例分析显示，所提出的优化方法可以量化分析最优的储热配置。本工作创新性地提出电力现货市场中新能源-光热联合发电系统的储热系统优化模型和配置方法，考虑到未来新能源电站会在具有时变电价的电力市场中运营，相比传统的按照固定电价的经济性分析方法，本工作方法能够为发电企业或储能投资商提供更加客观和准确的在电力市场环境下的储热系统优化配置，为提升电站投资效益和控制投资风险提供理论基础和技术手段。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于过程分解的飞轮储能-火电互助式一次调频分析 李展, 刘磊, 杨振勇, 尚勇, 尤默, 高爱国, 康静秋 2023 (9):  2854-2861.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0138 摘要 ( 154 )   HTML ( 23 )   PDF(3295KB) ( 104 )   为研究飞轮储能-火电互助式一次调频，建立含有飞轮储能系统的火电机组一次调频模型，并使用火电机组一次调频实际动作数据对模型进行了验证，提出在电网小频差动作时可只对飞轮储能进行自适应虚拟下垂惯性控制，这不仅可以很好地跟踪理论一次调频量，且可更好地维持飞轮荷电状态（SOC值）在合理的范围内。当电网大频差发生、小频差动作时间较长或频繁地同向一次调频动作时，可使火电承担较高的基础调节量，而飞轮储能只承担较小的调节波动量，这既可减少火电机组调门的频繁动作，也可对飞轮进行反哺调节，帮助飞轮SOC值更快地恢复。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于RPC的混合储能接入双流制牵引供电系统协调运行方法 赵宏程, 李再华, 赖俊宏, 陈垠宇, 张波琦, 龚康华, 曾毅 2023 (9):  2862-2870.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0216 摘要 ( 139 )   HTML ( 13 )   PDF(2455KB) ( 32 )   双流制线路实现了25 kV交流供电制式市域(郊)铁路与1500 V直流供电制式城市地铁的跨线运行和互联互通，成为助力轨道交通高效节能运行的重要手段。然而，双流制牵引供电系统间存在的制式壁垒制约着系统能流高效利用，造成大量列车再生能量难以完全利用，电费成本不断增加。本文提出一种集成混合储能的铁路功率调节器(railway power conditioner，RPC)拓扑及其优化运行模型，以双流制牵引供电系统电费成本最低为优化目标，以功率平衡、变流器容量、储能装置容量与荷电状态为约束条件，以混合储能装置充放电策略、RPC端口潮流调控方法为决策变量，实现交流制市域(郊)铁路与直流制地铁之间的能量高效调控。优化结果表明：相较于既有双流制牵引供电系统，本文所提出方案可以降低牵引变电所的用电量和需量功率，总电费的节费率为22.64%，验证了所提出协调运行方法的有效性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

船舶铝空气电池-锂离子电池混合动力系统能量管理策略研究 张华榜, 陈月, 李钦, 王红强, 秦国锋, 吴强, 李庆余 2023 (9):  2871-2880.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0343 摘要 ( 140 )   HTML ( 22 )   PDF(2490KB) ( 75 )   将铝空气电池与锂离子电池组成混合动力系统，分析不同拓扑结构的优缺点，确定混合动力系统的拓扑结构，对其系统原理进行了设计，完成了系统关键零部件的选型参数，搭建了混合动力系统的试验平台。为了提升铝空气电池的效率和锂离子电池使用寿命，提出了一种基于规则控制的能量管理策略，该策略主要考虑了锂离子电池的SOC和负载功率变化，使铝空气电池在大功率范围恒功率放电，锂离子电池变功率工作，通过试验测试验证该策略的有效性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

含水层型地下储氢库垫层气类型优选及注采参数优化 郝永卯, 任侃, 崔传智, 吴忠维 2023 (9):  2881-2887.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0348 摘要 ( 286 )   HTML ( 15 )   PDF(4088KB) ( 157 )   发展地下储氢技术是克服可再生能源波动性和间歇性的有效方法；为确保采出更多的氢气，地下储氢库需要注入垫层气以提高地层压力、抑制地层水的流动。鉴于含水层型储氢库垫层气的研究较少且基本为定性研究，本工作通过数值模拟方法建立储氢库机理模型，该模型考虑垫层气注入种类、不同组合、注入量和注入速度因素对氢气采出程度的影响。结果表明，在第一个注采周期中，垫层气的注入对于氢气采出程度的影响更为明显，其中甲烷方案将氢气的采出程度提高18.41%；二氧化碳作垫层气时可能会因为甲烷化反应而产生较差的作用；氢气的采出程度随垫层气分子量的增加而降低，随垫层气的注入量增加而增加；注入垫层气能够提高地层压力、抑制地层水的流动，二者共同作用可以降低重力偏析的影响，进而增加氢气的采出程度；在储氢库的早期阶段，垫层气的合理注入对储氢库的运行至关重要。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

锂离子电池浸没式冷却技术研究综述 曾少鸿, 吴伟雄, 刘吉臻, 汪双凤, 叶石丰, 冯振宇 2023 (9):  2888-2903.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0269 摘要 ( 1525 )   HTML ( 113 )   PDF(14824KB) ( 873 )   电池热管理系统对锂离子电池的安全高效运行具有重要意义。浸没式冷却技术较传统热管理技术在温控性能和能效等方面优势明显，而且随着电动汽车和储能电站的快速发展，浸没式冷却系统的研究逐渐受到重视。本文首先从导热性、黏性、密度、安全性、环保性、经济性等角度，系统总结目前常用的五类介电流体：电子氟化液、碳氢化合物、酯类、硅油类和水基流体，指出不同介电流体的优势与劣势。然后依据电池系统工作温度特性，详细评述国内外浸没式冷却在低温预热、常温冷却、热失控抑制方面的研究进展。低温预热研究尚少，常温冷却分为单相液体冷却和气液相变冷却，具有高闪点的介电流体在热失控发展的不同时期均起到抑制作用。最后，介绍了该领域目前的探索或示范性工作，并提出锂离子电池浸没式系统介电流体未来的发展方向。其中，电子氟化液和合成碳氢化合物相对使用成熟，酯类和硅油类的研究较少，水基流体亟需解决电绝缘问题。本文可为电化学储能系统浸没式冷却系统设计提供参考。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

储能测试与评价

宽温度环境下基于改进电化学模型的锂电池荷电状态估计 申江卫, 周灿彪, 舒星, 陈峥, 刘永刚 2023 (9):  2904-2916.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0342 摘要 ( 173 )   HTML ( 34 )   PDF(5518KB) ( 138 )   为提升电化学模型的实用性以及复杂环境温度下的适用性，解决锂离子电池内部状态难以快速精确估计的难题，本文设计了一种基于改进电化学模型的荷电状态估计方法。首先，通过有限差分法和Galerkin法分别对P2D模型的固液相方程进行降阶求解以描述电池内部锂离子浓度的实时状态，同时进一步融合等效电路模型，采用2个RC网络结构表征电池内部极化过程，并包含了与温度相关的特性，形成了适合荷电状态估计的低阶常微分系统，实现了电化学模型的有效简化和降阶，节约计算成本。其次，为了处理由于模型简化导致的模型不确定性和降低噪声干扰，引入平方根容积卡尔曼滤波，设计了宽工作温度下的锂电池荷电状态估计算法。结果表明，本文提出的基于改进电化学模型的荷电状态估计方法可以在不同温度及复杂工况下实现荷电状态的精确估计，宽环境温度下的最大误差小于1.6%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于局部离群点检测和标准差方法的锂离子电池组早期故障诊断 李纪伟, 刘睿涵, 吕桃林, 潘隆, 马常军, 李清波, 赵芝芸, 杨文, 解晶莹 2023 (9):  2917-2926.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0306 摘要 ( 282 )   HTML ( 34 )   PDF(2266KB) ( 223 )   锂离子电池由于具有能量密度高、使用寿命长等优点，被广泛应用。为了更加准确地检测出电池组中存在安全隐患的故障电池，本文提出了一种故障检测方法。首先，根据单体故障引起电池组一致性差异，使用引入滑动窗的局部离群点检测算法，检测电池组中不一致单体，同时捕捉单体不一致特性的演化性，根据演化性区分仅存在不一致的单体和具有隐患的故障单体，并对单体的不一致程度划分等级；其次，利用改进标准差算法对检测出的单体诊断故障类型，提取包含故障类型信息的特征作为输入，引入“故障系数”，结合不同故障的判定标准和阈值，实现放大故障特征的同时，区分不同故障类型，有效诊断出早期内短路故障；最后，通过电池组真实运行数据，对所提方法进行验证，分析结果证明本工作所提出算法的有效性、可靠性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于模态分解的Transformer-GRU联合电池健康状态估计 陈欣, 李云伍, 梁新成, 李法霖, 张志冬 2023 (9):  2927-2936.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0323 摘要 ( 341 )   HTML ( 24 )   PDF(3362KB) ( 200 )   针对锂电池使用过程中因松弛效应导致健康状态(state of health，SOH)呈现非稳定退化并影响SOH预测准确性的问题，提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition，VMD)与粒子群优化(particle swarm optimization，PSO)的变换神经网络(Transformer)和门控循环单元(gate recurrent unit，GRU)的联合方法。首先将锂电池容量信息通过变分模态分解算法分解，为避免分解程度不合理影响预测能力，使用中心频率法判断分解状态作为原数据信息有效解释依据；然后使用粒子群优化算法优化调整后的变换神经网络和门控循环单元结构的超参数，变换神经网络采用线性层代替解码器(decoder)更好适用时序数据，保留编码器(encoder)捕获数据全局特征及内部相关性，提升了单个Transformer及其联合模型预测精度；最后由Transformer和GRU分别对主趋势子序列和高频子序列预测，并将两种模型的预测进行融合以完成对锂离子电池SOH的估算。利用NASA锂电池数据集验证了模型的预测效果，并通过与多层感知机(multi-layer perception，MLP)、循环神经网络(recurrent neural network，RNN)等单一模型和高斯函数-GRU、Transformer-MLP等联合模型进行对比。结果表明本文预测模型无论在精度还是再生现象的拟合程度都优于其他单个模型或者联合模型，预测结果的平均绝对误差和均方根误差维持在0.62%和1.19%以内，决定系数在87.08%之上，验证了所提研究方法的有效性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于运行数据的储能电站电池组一致性评估方法 高欣, 王若谷, 高文菁, 邓泽军, 梁睿祺, 杨騉 2023 (9):  2937-2945.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0332 摘要 ( 453 )   HTML ( 57 )   PDF(1506KB) ( 236 )   本工作以大容量磷酸铁锂电池储能电站为研究对象，立足于储能系统中处于工程场景的电池组日常运行数据。首先，根据电池运行数据分析表征锂离子电池电压、温度的一致性关键参量；其次，提取能够有效反映电池组一致性的评估特征；最后，基于此类特征，将储能电站的一致性分析分为两个层次，提出了针对站内大规模电池组的一致性分析算法以及基于DBSCAN (density-based spatial clustering of applications with noise) 聚类的电池组内异常单体电池筛选算法。结果表明，所提算法能够高效地获取储能电站运行数据中与电池组一致性相关的关键电气特征量，准确判断储能系统内电池组的一致性情况以及定位可能出现故障的单体电池。本研究有助于判断在工程场景中大规模电池组的一致性状态，并能及时准确地筛选出异常单体电池，保障储能电站电池组的安全性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以安全高质量应用为导向的储能锂离子电池综合性能评价标准 官亦标, 沈进冉, 刘家亮, 渠展展, 高飞, 刘施阳, 郭翠静, 周淑琴, 付珊珊 2023 (9):  2946-2953.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0493 摘要 ( 275 )   HTML ( 57 )   PDF(622KB) ( 217 )   作为支撑智能电网和能源转型发展的关键技术，储能受到广泛关注，其中以锂离子电池为代表的电池储能成为大规模储能的首选储存载体之一。然而随着电池储能应用规模逐渐增加，暴露出储能系统在质量和安全方面存在诸多问题和风险，电池储能系统作为电气设备整机产品目前还不成熟，储能电站的整体安全与质量状态存在不确定性，导致目前大量已建储能电站利用率偏低。由于设备整机产品还处于不成熟、不断迭代发展过程中，为提升现阶段锂离子电池储能电站的应用水平，以安全高质量应用为导向，围绕储能用锂离子电池这个核心部件开展综合性能评价显得尤为重要。本文主要梳理了国内储能锂离子电池相关标准的最新进展，对锂离子电池储能核心标准的重要内容和该标准对行业发展的作用进行了详细分析。结合电池储能特性评价和检测技术研究积累，提出了涵盖型式试验、等级评价、到货抽检、并网检测及运行考核检测的电池储能全流程检测评价整体解决方案，通过对各个环节的详细分析表明该方案可以实现对投运的涉及电网运行的电网侧、电源侧、用户侧储能设备全链条全环节闭环管理，对于提升电池储能设备投运前的标准化规范化水平、提高储能电站运行可靠性、降低储能电站安全风险具有重要意义。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

海拔高度对储能锂电池包强制风冷系统影响的热仿真分析及优化设计 李岳峰, 韦银涛, 彭宪州, 项峰, 王杭烽, 孙勇, 徐卫潘, 黄文强 2023 (9):  2954-2961.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0365 摘要 ( 543 )   HTML ( 51 )   PDF(3746KB) ( 279 )   自然条件恶劣的高海拔地区对储能设备的环境适应性提出了严峻的挑战。而作为储能设备核心的锂电池包，因其在工作过程中会大量产热导致温升、温差过高，因此需要实施严格的热管理方案。显然，海拔高度的变化将直接对锂电池包的散热性能产生影响。因此，为了评估储能锂电池包在不同海拔工况下的热特性，本工作以某强制风冷系统为研究对象，首先阐述了海拔高度变化对于电池系统参数的具体影响，接着通过数值模拟探究了海拔高度从0～4000 m变化对于电池温度特性的影响，最后针对高海拔工况提出散热结构的优化方案。结果表明：海拔高度变化主要是通过改变空气参数及风扇特性从而影响风冷系统的热特性；随着海拔高度的提升，电芯温升和温差均有不同程度增加；且当海拔高度高于1000 m后，温升增加率较高；在高海拔工况下，通过增加进风口面积和提升风扇转速的优化方案可以有效降低系统电池的温升和温差。本工作为今后储能电池系统在高海拔的工程应用提供详细的温度数据、规律及优化参考。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于超薄均温板的聚合物电解质膜燃料电池堆散热性能研究 杨建青, 罗仁宏, 崔嵘, 王之丰, 郦亦含 2023 (9):  2962-2970.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0372 摘要 ( 164 )   HTML ( 13 )   PDF(4971KB) ( 35 )   为了提升聚合物电解质膜燃料电池堆散热性能，文章提出了将一种超薄均温板作为目标电池堆散热结构。基于理论计算和试验验证方法搭建了基于均温板的氢燃料电池堆计算模型，并探究了均温板蒸发段换热系数以及布置角度对目标电池堆散热性能影响。研究结果表明，目标电池堆平均温度和温度均匀性指数随均温板冷凝段对流换热系数增大而降低；水平布置角度下电池堆平均温度和温度均匀性表现最佳，而反重力布置角度表现最差；随着负载的增大，目标电池堆平均温度最高值不超过341.15 K，温度均匀性指数低于1.1，最大温差为4.1 K，使用超薄均温板可使目标电池堆有效散热且具有较好温度分布。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

原位表征技术在水系有机液流电池中的研究进展 张永辉, 傅杰, 李先锋, 张长昆 2023 (9):  2971-2984.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0305 摘要 ( 235 )   HTML ( 30 )   PDF(18817KB) ( 230 )   水系有机液流电池因活性分子结构和性质可调，低成本等潜在的优势近些年来受到研究者的广泛关注。水系有机液流电池面临着活性分子种类繁多，分子的电化学反应机理不明确，且分子的稳定性较差、副反应较多等问题。原位表征技术特别是原位谱学技术对解析水系有机液流电池中有机活性分子的电化学反应过程、机理以及优化电池的内部结构至关重要。本文综述了近些年来水系有机液流电池中原位谱学表征技术的研究进展，着重介绍了原位核磁共振波谱对于分子在电化学反应过程中结构演变的揭示作用、红外光谱原位表征分子与水的分子间氢键作用和电池充放电过程中分子结构变化、原位紫外光谱观测分子信号的周期性变化来确定其分子电化学反应的稳定性以及利用原位电子顺磁共振波谱来确定自由基浓度和反应速率常数等一系列原位光谱应用技术。另外，通过多种原位表征手段的联用，有望实现功能互补，从而更全面深入地了解电池的电化学反应机理、电池运行状态以及活性物质在电极表面的反应过程。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

固体氧化物燃料电池气流和热场的宏观尺度数值模拟研究进展 栾凯夫, 蔡长焜, 谢满意, 张纯, 郑坤灿, 安胜利 2023 (9):  2985-3002.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0303 摘要 ( 276 )   HTML ( 19 )   PDF(19707KB) ( 177 )   宏观数值仿真方法通过耦合多个物理场可对固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，SOFC)进行仿真，在研究SOFC内部机理、外部输出性能等方面存在优势，可为电池优化设计提供依据。SOFC内部气体流动的均匀性直接影响电池效率，热场的分布会影响电池的发电性能和长期稳定性。本文总结了SOFC内部流道、外部歧管对流场的影响、优化传统流道以及设计新型流道中的宏观数值仿真模拟，以及宏观尺度数值仿真在热量传输和热稳定性方面的研究进展；概括了宏观数值模拟在分析燃料效率，结合多尺度模型，以及设计SOFC组件及新结构方面的研究进展。对应用宏观数值仿真方法研究SOFC进行总结和展望，认为目前需要统一SOFC结构设计的评价标准，以便量化对比。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

热点点评

锂电池百篇论文点评（2023.6.1—2023.7.31） 岑官骏, 乔荣涵, 申晓宇, 朱璟, 郝峻丰, 孙蔷馥, 张新新, 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 (9):  3003-3018.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0562 摘要 ( 398 )   HTML ( 87 )   PDF(912KB) ( 406 )   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6月1日至2023年7月31日上线的锂电池研究论文，共有4463篇，选择其中100篇加以评论。正极材料的研究集中于富锂材料、镍酸锂、钴酸锂、尖晶石结构LiNi0.5Mn1.5O4材料的表面包覆、掺杂改性、前体及合成条件、长循环中的结构演变等。负极材料的研究重点包括硅基负极的界面调控、金属锂负极的界面构筑与调控。固态电解质的研究主要包括对硫化物固态电解质、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针对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、复合正极制备与界面修饰、锂金属负极的界面构筑和三维结构设计、电解质成膜技术有多篇文献报道。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。表征分析涵盖了锂沉积、硅负极演化、正极中锂离子输运和界面反应等方面。理论模拟工作涉及复合正极的应力和电导率分布及锂金属沉积行为，界面问题工作侧重于固态电池中电极界面的稳定性研究。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

储能技术经济性分析

国内外新型储能相关政策及商业模式分析 鲁跃峰, 郭祚刚, 谷裕, 徐敏, 刘通 2023 (9):  3019-3032.  doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0276 摘要 ( 577 )   HTML ( 90 )   PDF(879KB) ( 376 )   储能发展尚处于早期阶段，国内外均针对储能制定了一系列政策支持储能发展。相比于国内，欧洲、美国、澳大利亚等国家及地区储能相关政策及商业模式更成熟，储能项目经济性也更好，成熟的市场规则和良好的经济性更有利于储能行业健康可持续发展。对比国内外储能相关政策及商业模式，分析中国储能发展的不足，对国内储能发展具有重要的借鉴意义。本文首先介绍了欧洲、美国和澳大利亚在电价、规划、财税补贴、市场规则等方面的相关支持政策，分析了主要国家的表前和表后储能的商业模式；其次，总结了中国在储能规划、参与电力市场、补贴、强制配储能、电价等方面出台的相关政策，分析了新能源配储、用户侧储能、火储联合调频、独立储能等场景的商业模式；最后，通过对比国内外储能政策与商业模式，得出对我国储能政策及市场机制方面的启示，提出我国应在加大储能财税补贴力度、减少强配储能、加快储能参与电力现货市场进度、增加储能可参与的电力市场服务种类等方面进行改进和优化。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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第二届先进储能技术创新挑战赛通知 2023 (9):  3033-3036.  摘要 ( 49 )   HTML ( 21 )   PDF(474KB) ( 62 )   参考文献 | 相关文章 | 计量指标

新工科背景下新能源专业人才的创新创业能力培养 陈玮 2023 (9):  3037-3038.  摘要 ( 36 )   HTML ( 31 )   PDF(357KB) ( 62 )   参考文献 | 相关文章 | 计量指标

新能源专业英语教学模式的创新研究 程莲 2023 (9):  3039-3040.  摘要 ( 48 )   HTML ( 20 )   PDF(327KB) ( 45 )   参考文献 | 相关文章 | 计量指标

浅谈相变储能材料在冷链物流运输过程中产生的影响 杨延萍 2023 (9):  3041-3042.  摘要 ( 45 )   HTML ( 17 )   PDF(358KB) ( 110 )   参考文献 | 相关文章 | 计量指标

永磁电机式机械弹性储能机组储能运行控制策略 朱敬花, 邵珠枫, 庄燕 2023 (9):  3043-3044.  摘要 ( 30 )   HTML ( 10 )   PDF(359KB) ( 52 )   参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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中国能源安全法律保障策略研析 任晓宏 2023 (9):  3047-3048.  摘要 ( 41 )   HTML ( 13 )   PDF(358KB) ( 43 )   参考文献 | 相关文章 | 计量指标