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    2016年, 第5卷, 第4期 刊出日期:2016-07-01 上一期    下一期
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    特约文章
    多功能添加剂PFPN对可充锂硫电池的影响
    沈 旺,雷智鸿,谢李生,杨 军,努丽燕娜,王久林
    2016 (4):  397-403.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.001
    摘要 ( 212 )   PDF(7970KB) ( 336 )  
    由于具有极高的比容量和丰富的硫资源储量,锂硫电池已成为下一代可充电池研究的热点之一。但锂硫电池中存在较大的安全性隐患,这将阻碍其实际应用。一种高效的阻燃添加剂,乙氧基五氟环磷腈(PFPN)被首次用于锂硫电池。添加5%质量分数的PFPN使得高度易燃的碳酸酯电解液完全不燃,同时减小极化电压,并显著提高硫基复合材料的倍率性能。上述结果表明,PFPN是一种适用于可充锂硫电池的多功能添加剂。
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    热点点评
    锂电池百篇论文点评(2016.4.1—2016.5.31)
    胡 飞,陈宇阳,詹元杰,武怿达,赵俊年,陈 彬,王 昊,闫 勇,俞海龙,贲留斌,刘燕燕,黄学杰
    2016 (4):  404-416.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.002
    摘要 ( 446 )   PDF(14412KB) ( 771 )  

    该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,我们以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2016年4月1日至2016年5月31日上线的锂电池研究论文,共有1679篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了三元材料、富锂相材料和尖晶石材料的掺杂和表面包覆及界面层改进对其循环寿命的影响。硅基复合负极材料和金属锂负极研究侧重于SEI界面层、复合材料、黏结剂及反应机理研究,电解液添加剂、固态电解质电池、锂硫电池、锂空气电池的论文也有多篇。理论模拟工作侧重于正极材料结构、SEI形成机理分析和固体电解质等。除了以材料为主的研究之外,还有多篇针对电池界面、电极结构和性能分析的研究论文。

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    研究及进展
    锂离子电池高容量硅碳负极材料研究进展
    刘柏男1,徐 泉2,褚 赓1,陆 浩1,殷雅侠2,罗 飞1,郑杰允1,郭玉国2,李 泓1
    2016 (4):  417-421.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.003
    摘要 ( 935 )   PDF(7872KB) ( 2011 )  

    纳米硅碳材料主要成分为纳米硅与碳材料,纳米硅具有较小的颗粒尺寸,其储锂容量较高,碳材料具有较高的电子电导,为复合材料提供较好的电子通道;同时将碳与硅材料复合后能缓和硅材料体积形变带来的应力变化;此外,碳作为包覆材料能有效稳定电极材料与电解液的界面,使SEI膜稳定生长。因此,硅碳复合材料有望替代石墨成为下一代高能量密度锂离子电池负极。本文简要介绍了纳米先导专项硅负极研究团队在纳米硅碳材料方面的研究进展。通过持续的研发与技术更新,目前低容量复合材料(380~450 mA·h/g)的反弹系数、效率、压实密度、加工性能皆不亚于目前商品石墨的水平;在高容量及超高容量材料(500~2000 mA·h/g)方面,通过精细的结构设计,循环性能和倍率性能等得到了较大提升。

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    碳纳米管在锂离子电池中的应用
    夏 雨,王双双,王义飞
    2016 (4):  422-429.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.004
    摘要 ( 448 )   PDF(9601KB) ( 586 )  

    碳纳米管因具有优异的电导率、热导率、力学性能以及独特的结构形貌,被用于改进锂离子电池性能。该文总结了近年来碳纳米管作为锂离子电池的添加剂、电极材料复合基体以及集流体的最新研究进展,重点介绍了最新的碳纳米管作为电极材料添加剂的使用方法、碳纳米管与电极材料的不同复合方法及其对锂离子电池容量性能、倍率性能以及循环寿命的影响。同时指出了碳纳米管在锂离子电池中大规模应用时需要克服的问题,如降低碳纳米管的制备成本、开发适用于工业生产的复合技术、改善碳纳米管的分散性能等。

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    单质磷复合材料在二次电池中的应用研究进展
    周朝辉1,王莉2,李建刚1,何向明2
    2016 (4):  430-435.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.005
    摘要 ( 192 )   PDF(6852KB) ( 767 )  

    单质磷复合材料作为二次电池的新型负极,具有比容量高、热稳定性好等特点,近年来受到越来越多的关注。本文介绍了红磷、黑磷和蓝磷的单质磷复合材料的电化学性能,综述了单质磷复合材料的制备方法及其在锂离子电池和钠离子电池上的应用,对电化学性能及存在的问题进行了分析。总结了目前单质磷复合材料的研究情况,认为应当从材料的制备方法及改性等问题来进行探索和突破。

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    高压锂离子电池电解液添加剂研究进展
    李放放,陈仕谋
    2016 (4):  436-442.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.0006
    摘要 ( 485 )   PDF(7599KB) ( 757 )  

    普通锂离子电池在高电压下的氧化分解限制了高压锂离子电池的发展,为了解决这一问题,可以设计、合成新型的耐高压电解液;寻找合适的电解液添加剂,然而从经济效益考虑,发展合适的电解液添加剂来稳定电极/电解液界面更加受到研究者们的青睐。本文综述了最近几年在高压锂离子电池电解液添加剂方面的研究进展,并按照添加剂的种类将其分为6部分进行探讨:含硼类添加剂、有机磷类添加剂、碳酸酯类添加剂、含硫添加剂、离子液体添加剂及其它类型添加剂。分别对这些添加剂的作用机理、作用效果进行了阐述,展望了添加剂在高压锂离子电池中的发展前景及未来研究方向。

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    锂离子电池和金属锂离子电池的能量密度计算
    吴娇杨,刘 品,胡勇胜,李 泓
    2016 (4):  443-453.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.0007
    摘要 ( 1062 )   PDF(14281KB) ( 1323 )  

    锂电池是理论能量密度最高的化学储能体系,估算各类锂电池电芯和单体能达到的能量密度,对于确定锂电池的发展方向和研发目标具有重要的参考价值。本工作根据主要正负极材料的比容量、电压,同时考虑非活性物质集流体、导电添加剂、黏结剂、隔膜、电解液、封装材料占比,计算了不同材料体系组成的锂离子电池和采用金属锂负极、嵌入类化合物正极的金属锂离子电池电芯的预期能量密度,并计算了18650型小型圆柱电池单体的能量密度,为电池发展路线的选择和能量密度所能达到的数值提供参考依据。同时指出,电池能量密度只是电池应用考虑的一个重要指标,面向实际应用,需要兼顾其它技术指标的实现。

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    锂离子储能电池Li4Ti5O12的失效分析
    胡 飞1,林明翔1,刘曙光2,闫雪生2,褚永金2,金 翼2,杨 凯2,黄学杰1
    2016 (4):  454-461.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.007
    摘要 ( 397 )   PDF(11002KB) ( 355 )  

    钛酸锂作为储能电池负极材料,在长循环和安全性上有突出的表现。通过对室温1C和2C倍率下循环的三元+钴酸锂/钛酸锂储能电池拆解,结合SEM、FTIR、XRD和EIS等分析手段,发现造成容量衰减和阻抗增大的原因出现在正极,由于正极与电解液发生反应,在表面生成界面膜,并且循环过程中界面膜不稳定,进一步消耗活性锂离子导致。另外,对这款电池的产气分析发现,所产生气体的主要成分为CO2和C2H6,原因可能是在制备电池过程中严格控制水分以及在电解液添加剂方面做了改进。

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    复合法制备高锂离子电导率硫化物固体电解质
    陶益成1,2,陈少杰2,陈晓添2,彭 刚2,吕战鹏1,许晓雄2
    2016 (4):  462-468.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.008
    摘要 ( 254 )   PDF(7205KB) ( 375 )  

    将二元硫化物固体电解质75Li2S·24P2S5·1P2O5(LPOS)的非晶前驱体与三元硫化物电解质Li10GeP2S12(LGPS)前驱体按不同质量比均匀混合后,在270℃下进行烧结制备得到系列新型固体电解质材料 (1ω%)LPOS·ω%(t-LGPS)(ω=3、5、7、10)。当ω=5时,制得的新型固体电解质95%LPOS·5%(t-LGPS) 在室温下具有最佳的离子电导率1.0×103 S/cm。采用XRD、EIS、SEM等手段对该新型电解质材料的结构、形貌及电化学性能等进行了系统表征,并对电导率提高的机理进行了探讨。构建的全固态锂电池LiCoO2/95%LPOS·5%(t-LGPS)/Li表现出良好的电池性能,在25℃、0.1 C下,电池首周放电容量为115.7 mA·h/g,循环20圈后仍有80.38%的容量保持率。

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    匹配多孔碳负载π共轭聚合物正负电极材料构建有机非对称超级电容器
    张 涛,王文强,王庚超
    2016 (4):  469-477.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.009
    摘要 ( 298 )   PDF(9158KB) ( 178 )  

    能量密度是制约超级电容器实际应用的关键因素,通过正负电极材料的比电容匹配,构建有机非对称超级电容器是提高能量密度的有效途径。本工作以活化分级孔碳(aHPC)作载体,以β-萘磺酸为软模板和掺杂酸,借助化学氧化聚合方法,分别制备出活化分级孔碳负载聚苯胺(aHPC@PANI)及活化分级孔碳负载聚1,5-二氨基蒽醌(aHPC@PDAA)纳米复合材料。结果显示,两种复合材料均呈现疏松多孔的结构,且聚合物以纳米尺度均匀沉积在活化多孔碳孔壁内外,这对提高活性物质利用率及其倍率性能十分有利。在1 A/g电流密度下,aHPC@PANI正极材料与aHPC@PDAA负极材料的比容量,分别达256.7 F/g(–0.6~0.8 V)及253 F/g(–2~-0.6 V)。所组装的aHPC@PANI//Et 4NBF4-AN//aHPC@PDAA有机非对称超级电容器呈现宽的电位窗口(2.8 V),高的能量密度(65 W·h/kg,1.38 kW/kg,基于aHPC@PANI和aHPC@PDAA总质量)及优异的循环稳定性(循环5000次后其容量保持率高达90.2%)。

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    锂离子电池LiFePO4/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2混合正极材料的电化学热稳定性能
    朱 蕾,贾 荻,俞 超,吴勇民,吴晓萌,汤卫平
    2016 (4):  478-485.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.00.010
    摘要 ( 377 )   PDF(7164KB) ( 314 )  

    为了改善LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料的电化学热稳定性能,加入LiFePO4共混制成了LiFePO4/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2锂离子电池用混合正极材料。使用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了结构和形貌,测试了电化学性能。结果显示,简单球磨的混合LiFePO4/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料中,纳米LiFePO4粒子包覆在LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粒子表面提高了混合正极材料在充放电过程中的电化学稳定性和结构稳定性。LiFePO4/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2混合正极材料在50 ℃下循环100周容量保持率为82.0%,明显地优于单一LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料的72.9%。

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    活性石墨烯/活性炭干法复合电极片制备及其在超级电容器中的应用
    郑 超1,周旭峰2,刘兆平2,杨 斌1,焦旺春1,傅冠生1,阮殿波1
    2016 (4):  486-491.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2015.04.011
    摘要 ( 463 )   PDF(7285KB) ( 412 )  

    采用干法电极制备工艺成功制备了活性石墨烯/活性炭复合电极片,分别用扣式电容器和软包电容器考察活性石墨烯/活性炭复合电极的电化学性能。综合结果表明,复合电极中活性石墨烯的含量为10%(质量分数)较为合适,相较于纯活性炭电极,比容量提高了10.8%。本工作验证了活性石墨烯材料在商用超级电容器中的适用性,证实了活性石墨烯是一种非常具有实际应用价值的电极材料。但目前,活性石墨烯并未真正产业化,其成本远高于商用活性炭。在未来,如何解决活性石墨烯工程制备技术难题和降低成本是材料产业界亟待解决的难题。

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    利用SiO2纳米颗粒增强硝酸盐储热材料比热容的实验研究
    程晓敏1,朱石磊1,向佳纬1,喻国铭2,李元元1
    2016 (4):  492-497.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.012
    摘要 ( 303 )   PDF(7560KB) ( 181 )  

    多元混合硝酸盐作为高温传热流体在聚光式太阳能热发电系统中具有良好的应用前景。本工作利用水溶液法,在具有较低熔点的NaNO3-KNO3-LiNO3三元共混合硝酸盐中掺入SiO2纳米颗粒,有效地提高了混合硝酸盐储热材料的比热容,其中掺入较低质量分数(0.0625%)的纳米颗粒比掺入较高质量分数(1%、0.25%)的纳米颗粒能获得更高的比热容。利用聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone,PVP)作为分散剂,增强了SiO2纳米颗粒在硝酸盐中的分散性,有效地缓解了制备过程中纳米流体中纳米颗粒的团聚。同时,本工作还研究了纳米颗粒的团聚对其增强比热容效果的影响,并通过使用分散剂,进一步提高了硝酸盐储热材料的比热容。最终结合上述关系,引入界面热阻和半固体层模型,讨论了掺入纳米颗粒增强硝酸盐储热材料比热容的机理。

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    三元硫酸熔盐的制备及其热稳定性能
    朱教群,陈 维,周卫兵,李儒光,张弘光
    2016 (4):  498-502.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.013
    摘要 ( 360 )   PDF(4413KB) ( 362 )  

    以硫酸钠、硫酸钾和硫酸镁为原料,采用在硫酸钠-硫酸钾二元共晶盐中加入硫酸镁的方法制备三元硫酸熔盐。应用TG-DSC联用分析仪、热常数分析仪、X射线衍射仪以及热循环法对复合熔盐的熔点、相变潜热、热导率、比热容、分解点以及热稳定性进行表征。结果表明:所制备的三元硫酸熔盐熔点分布在667.5~669.7 ℃之间,较二元熔盐熔点降低了160 ℃左右,硫酸镁含量为30%(质量分数)的三元硫酸熔盐相变潜热值最大为94.3 J/g,比热容最大为1.13 J/(g·K)(720℃≤T≤800℃),导热系数为0.41 W/(m·K),分解温度为1070 ℃,经50次热循环后,相变潜热值降低约4.34%,熔点和物相保持基本恒定,具有良好的热稳定性。该研究为硫酸盐作为高温传热蓄热介质提供了依据。

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    60 MJ飞轮储能系统转子芯轴结构设计
    汪 勇1,戴兴建1,李振智2
    2016 (4):  503-508.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.04.014
    摘要 ( 346 )   PDF(6227KB) ( 431 )  

    研究设计额定转速为2700 r/min、储能量为60 MJ的合金钢飞轮,以实现石油钻机动力系统飞轮单机MW级输出功率。飞轮材料为35CrMoA合金钢,采用“H”形变截面,直径1600 mm,厚380 mm,质量4000 kg。芯轴与轮毂局部过盈配合,采用圆柱销传递飞轮与芯轴之间的扭矩。有限元计算表明,轮辐内厚外薄,实现近似等强度设计;轮缘加厚,调整质量分布,实现大转动惯量;底部圆柱销传递扭矩,局部应力比键连接优化。飞轮轴系具备2.5倍应力安全系数,额定转速下最大应力小于500 MPa。2016年3月飞轮设备调试成功,实现150~200 kW充电、500~1000 kW放电功能,储能密度4.17 W·h/kg,比功率250 W/kg,标志着我国具备了单机WM级飞轮储能设备研制能力。

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    混合电容器中导电剂对钛酸锂负极材料性能的影响
    刘秋香,谭 蕾,杨 斌,阮殿波
    2016 (4):  509-513.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.04.015
    摘要 ( 338 )   PDF(6035KB) ( 752 )  

    将添加不同导电剂的钛酸锂负极与活性炭正极组装成混合电容器,研究了不同导电剂对混合电容器性能的影响。利用扫描电子显微镜表征了钛酸锂负极的表面形貌,采用LAND测试仪、电化学工作站对混合电容器的电化学性能进行测试分析,最终确定最佳的导电剂类型。实验表明,以super-P/VGCF为导电剂的混合电容器具有最佳的电化学特性,在0.1 A/g条件下,电容器的比容量达到45.4 F/g,在2 A/g时容量保持率为91.5%;在0.5 A/g条件下,经过10000次循环后,容量保持率为93.2%。

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    配置梯次电池储能系统的快速充电站经济性评估
    韩晓娟1,张 婳1,修晓青2,李建林2
    2016 (4):  514-521.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.016
    摘要 ( 354 )   PDF(6689KB) ( 435 )  

    由于电动汽车快速充电站大功率快速充电的特性会对电网的稳定造成冲击,因此考虑在电动车快速充电站中配置电池储能系统(BESS),对充电站负荷进行削峰填谷,从而减少充电站变压器配置容量、缓解大功率快速充电对电网的不利影响。考虑到目前我国大量退役动力电池亟待回收利用的现状,结合梯次利用电池储能系统,建立了基于电动汽车快速充电站整体成本与收益的经济性评估模型,以快速充电站年净收益最大为目标函数,采用改进的遗传算法对模型优化求解。结合算例对快速充电站不配置储能、配置常规电池储能和配置梯次电池储能等不同情况进行了经济性评估,并综合考虑经济性与储能削减负荷的效果,确定了梯次电池储能系统最优容量配置方案。

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    SiO/C复合材料在锂离子电池中的应用
    吴敏昌,沈 龙,乔永民,张 洁
    2016 (4):  522-526.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.017
    摘要 ( 669 )   PDF(5880KB) ( 844 )  
    硅基材料因其较高的比容量而受到研究者广泛的关注。本文选取高比容量SiOx与NG复合材料作为锂离子电池负极材料,研究了不同SiO/C复合比例对全电池的能量密度和循环性能的影响。不同比例SiOx/C复合材料的首次容量和首次效率有明显差别。与石墨材料相比,SiOx/C复合材料的膨胀程度略有增加。随着SiOx比例的增加,全电池的能量密度先是上升然后下降,但其循环稳定性却有所降低。当SiOx比例在4%时,全电池能量密度提升1.2%,500周循环后容量保持率在80%以上,可以满足商业化锂离子电池的使用要求。
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    3D-honeycomb carbons for high performance electrical double layer capacitors electrodes
    QIAO Zhijun, RUAN Dianbo, YUAN Jun, FU Guansheng, YANG Bin
    2016 (4):  527-531.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.018
    摘要 ( 228 )   PDF(6029KB) ( 357 )  

     Sodium fulvic acid based hierarchical porous carbons (SFA-HPCs) with a specific surface area of 1919 m2/g and total volume of 1.7 cm3·g–1 has been synthesized by a simple self-template method. The carbon skeleton can be formatted by the decomposition process of sodium fulvic acid (SFA) in a N2 atmosphere. The sodium compund in SFA is used as a self-template to create the hierarchical porous structure. The unique hierarchical structure of SFA-HPCs provides an efficient pathway for electrolyte ions to be diffused into the internal surfaces of bulk electrode particles. It results in a high charge storage capacitance of 186 F·g–1 at current load of 40 A·g–1. The capacitance 230 F·g–1 at 0.05 A·g–1 and 186 F·g–1 at 40 A·g–1 show its high rate capability. Besides, it also achieves desirable cycling stability, 99.4% capacitance remained after 10000 cycles at 40 A·g–1.

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    电力市场背景下蓄热式电采暖消纳弃风的经济性分析
    孙 勇1,严干贵2,郑太一1,封 科2,杨国新1,李军徽2,王宗宝2
    2016 (4):  532-538.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.019
    摘要 ( 364 )   PDF  

    针对冬季供热期我国北方地区因电网风电接纳能力不足导致的严重弃风问题,研究了电力市场背景下采用蓄热式电采暖提高电网风电消纳规模的经济性评估问题,考虑弃风电量、弃风电价等因素影响,建立了弃风蓄热式电采暖系统的经济性评估模型,分析了影响蓄热式电采暖系统经济性的关键因素。结合某清洁供暖示范工程进行算例分析,分析了协定弃风电价对系统经济性的影响,对所提出的经济性评估模型的有效性进行验证,为蓄热式电采暖可行性分析奠定了理论基础。

    相关文章 | 计量指标
    低温辐射供暖复合相变墙体热性能分析
    郭茶秀1,蔡宏伟2
    2016 (4):  539-544.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.04.020
    摘要 ( 207 )   PDF(7348KB) ( 298 )  

    低温热水墙体辐射供暖技术因其节能、舒适及对供暖温度(热源品位)要求低等优势而越来越得到广泛应用。在研究相变墙体辐射供暖系统的基础上,针对相变墙体层蓄热效率低的问题,提出采用一种新的复合相变墙体板。并建立相应复合相变墙体的传热模型,利用数值模拟软件对复合相变墙体的蓄放热过程进行分析,对比分析了有复合相变层和没有相变层时室内供暖系统的区别,同时研究了相变温度、相变层厚度等参数对复合相变墙体表面平均温度、表面热流密度的影响,得到了它们对复合相变墙体的传热过程的影响规律。研究结果可为提高供暖系统的舒适度提供理论依据,并为发展低品位能源利用提供技术支持。

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    电解液浸泡对铝塑复合膜热封强度的影响
    范 洋1,郭战胜1,2,冯捷敏2,3
    2016 (4):  545-550.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.00.021
    摘要 ( 293 )   PDF(5386KB) ( 728 )  

    铝塑复合膜作为软包装锂离子电池常用的封装材料,探究其热封强度的影响因素对于优化电池的安全性能很有意义。本工作通过实验测量铝塑膜在电解液浸泡下的热封强度,讨论两种浸泡方式(完整浸泡和局部浸泡)以及不同浸泡时间的影响。结果表明,完整浸泡后试样在不同热封工况(热封温度和热封时间)下的热封强度以及破坏模式基本一致,但是其热封强度不能完全反映热封区域的强度;局部浸泡使铝塑膜的尼龙层以及铝箔层在浸泡过程中避免电解液的影响,相对完整浸泡更能反映铝塑膜的热封强度,是比较合理的浸泡方式。浸泡后试样的热封强度随着浸泡时间的增加基本呈下降趋势,对于热封温度较低、热封时间较短的试样尤为明显,而对于热封温度较高、热封时间较长的试样影响较小。实验还发现浸泡过程中电解液的pH值逐渐降低,逐渐酸化的电解液对铝塑膜热封区域的腐蚀可能是其热封强度下降的原因之一。

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    基于Butterfly算法的大容量储能系统成组技术
    韩晓娟1,赵泽昆1,谢志佳2,李建林2
    2016 (4):  551-557.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.00.022
    摘要 ( 352 )   PDF(5697KB) ( 294 )  

    大容量储能系统(large capacity storage system,LCSS)的不同成组方式直接影响LCSS的内阻特性,目前针对LCSS成组方式的研究还处于起步阶段,本工作基于大容量液流电池储能系统(large capacity vanadium redox battery storage system,LCVRBSS)进行研究,通过分析单电堆不同成组方式的内阻特性,选择蝴蝶算法(butterfly algorithm)对不同成组方式在不同荷电状态(state of charge,SOC)下的内阻特性进行曲面拟合,内阻的最大拟合误差控制在3.6%以内。并且以单电堆内阻最小为优化目标,使用粒子群算法进行寻优,得到单电堆最佳成组方式。

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    超级电容储能技术在航行横向补给系统中的应用
    翟性泉,王 琦,赵厚宽
    2016 (4):  558-561.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.04.023
    摘要 ( 265 )   PDF(3477KB) ( 346 )  

    本工作分析了航行横向补给系统的电动机再生发电问题,通过对蓄电池储能、超导线圈储能、飞轮储能和超级电容储能技术特点的对比,选用超级电容储能系统回收和利用再生电能,提出了超级电容储能系统的设计和应用方案,并对基本设计参数进行了计算。航行横向补给过程中,受到补给船和接收船距离不断变化的影响,补给装置绞车电机在电动和发电两种状态间频繁交互运行。电动机在发电状态下向变频器直流母线反馈大量再生电能,影响电网质量和设备的正常工作。由于超级电容具有功率密度高、充放电功率大、使用寿命长和工作温度范围广的优点,非常适用于电能的快速回收和释放,能够降低系统功率、减小对电网的影响、节约能源,在需要反复进行电能回收和释放的设备中具有较好的应用前景。

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    LiFePO4锂离子电池放电行为理论研究
    苏 宪 彬
    2016 (4):  562-567.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.024
    摘要 ( 325 )   PDF(4978KB) ( 576 )  
    使用多孔电极理论对LiFePO4(LFP)锂离子电池的放电行为进行了详细探讨,发现随着放电过程进行,电极内部的电化学反应从隔膜侧向集流体侧移动,并且移动过去之后LFP基本完成放电过程,放电截止时电化学反应截止在电极的某个位置,并不是所有的LFP颗粒都完成了放电。随后对放电速率、电极电导率和电解液扩散系数对放电过程的影响进行了研究。随着放电倍率增加,电化学反应推进的距离不断减少,并且峰值不断增大,峰值区域变窄。提高电极电导率可以保证电化学反应从隔膜侧开始进行,但是继续提高电极电导率并不能进一步将电化学反应的峰值向电极深处推进。较高的扩散系数可以保证所有的活性材料都能发生电化学反应。以上结论可对高性能LFP锂离子电池的设计和制备提供了有效的指导作用。
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    堇青石-莫来石复相储热陶瓷与PCM相容性研究
    吴建锋, 何德芝, 徐晓虹, 张银凤, 周 炀, 刘 溢
    2016 (4):  568-576.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.025
    摘要 ( 217 )   PDF(13338KB) ( 119 )  

    以煅烧铝矾土、滑石及石英为原料,采用挤出成型,制备堇青石-莫来石复相蜂窝陶瓷,用这种显热储热陶瓷(简称基体)封装PCM制备潜热/显热复合储热材料。设计F系列封装剂配方组成,选择PCM为AlSi20、Na2SO4,制得PCM/蜂窝陶瓷复合储热材料,热震循环(200~900 ℃)30次,每次循环在900 ℃保温12 h。利用XRD、SEM、TG-DSC等分析相组成、微观结构、封装剂与基体结合性、基体与PCM相容性、复合储热材料的相变温度及相变焓。结果表明,经1440 ℃烧成的蜂窝陶瓷,Wa、Pa、D及a轴抗压强度分别为2.38%、6.32%、2.65 g/cm3,25.77 MPa;XRD显示相组成为堇青石、莫来石及少量镁铝尖晶石;30次热震后,Wa、Pa略有升高,D及σa略有降低。封装剂剪切强度测定结果表明,封装剂F2与基体结合强度最大,达2.53 MPa,SEM显示F2与基体结合良好。热震30次后,基体断面SEM图表明,PCM无渗漏。TG-DSC结果表明,经30次热循环后,AlSi20/蜂窝陶瓷复合储热材料的相变范围为571.7~583.5 ℃,峰值为578.3 ℃,峰值温度偏移不超过0.7%。复合储热材料具有优良的储热性能。

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    集装箱式储能系统数值仿真模拟与优化
    王晓松1,游 峰1,张敏吉2,孙洋洲2
    2016 (4):  577-582.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.026
    摘要 ( 506 )   PDF(12468KB) ( 228 )  
    本文以储能集装箱为研究对象,根据锂电池发热特性,应用标准k-湍流模型、D-O辐射模型,实现了集装箱内流场、温度场的数值模拟。对基准工况与优化工况进行了相关数值模拟,基准工况模拟结果表明:距离空调近端与远端出风均匀性存在较大差别,存在电池模块间温差较大情况。通过在风道内加设导流板,并进行结构调整,对原有工况进行优化,优化工况模拟结果表明:优化后流场与温度场分布更加均匀,能够有效降低电池模块间温差。
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    电化学储能系统标准对比分析
    汪奂伶,侯朝勇,贾学翠,胡 娟,许守平
    2016 (4):  583-589.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.04.027
    摘要 ( 364 )   PDF(6987KB) ( 1005 )  
    基于电化学储能技术和产业发展,介绍并分析了国外和国内电化学储能系统标准的现状。针对国内外电化学储能系统现有的标准体系,提出了标准制定的需求以及制定标准的路线图,并对我国电化学储能系统标准未来的方向和标准制定提出了建议。
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    应用技术
    分布式风储系统监控后台设计
    孙洋洲1,梁 嘉1,张敏吉1,朱子涵1,赵昱杰2,凌志斌2
    2016 (4):  590-595.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.029
    摘要 ( 310 )   PDF(5989KB) ( 339 )  

    风储互补配合是提高风电质量、增加风电可控性、解决风电并网问题的有效途径。本文对“一机一储”的分布式风储系统进行了分析,探讨了分布式风储系统设计的整体方案,对风储能量管理系统监控后台的数据记录、监控界面和报表生成等进行了功能设计。风储系统实际运行效果表明,该监控后台能够很好地实现监控显示、历史数据记录、运行模式设定、统计分析和报表生成等功能,系统运行可靠,可为风储系统的推广应用提供一定的参考。

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    100 kW/200 kW·h氢镍电池储能系统
    张 建1,郭慰问1,2,邹海曙3,邵光杰2,娄豫皖1,夏保佳1
    2016 (4):  596-601.  doi: 12028//.issn.2095-4239.2016.04.0030
    摘要 ( 425 )   PDF(3977KB) ( 363 )  

    报道了100 kW/200 kW·h氢镍电池储能系统的设计及性能。氢镍电池具有充放电功率高、安全性好、环保、低温性能好和电池组中单体之间的电量易均衡等特点,在混合电动车、固定储能等方面均有很好的应用。设计并制备了100 A·h的单体电池,兼顾功率与能量性能,电池内阻低、工作温度范围宽、循环寿命长。将之组成12 V/100 A·h的电池模块;之后再组成380 V/100 A·h的子系统;设计加工了低能耗、抗干扰、稳定可靠的含电压、电流、温度检测电路及散热功能的电池管理系统;最后将之与6个子系统一起组成上述储能系统。

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