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    2015年, 第4卷, 第3期 刊出日期:2015-06-19 上一期    下一期
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    特约评述
    锂离子液流电池电极悬浮液研究进展
    冯彩梅, 陈永翀, 韩立, 巩宇, CserhátiCsaba
    2015 (3):  241-247.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.03.001
    摘要 ( 412 )   PDF(7116KB) ( 149 )  
    锂离子液流电池将锂离子电池的工作原理与传统液流电池的结构特点相结合,是一种正处于基础技术开发阶段的新型电化学储能电池技术,具有输出功率和储能容量彼此独立、成本较低等特点,适用于未来电网储能领域。电极悬浮液作为实现锂离子液流电池充放电功能的主体材料,其导电性能和流动性能是影响锂离子液流电池倍率特性和能量密度的重要因素。论文结合实验数据对该方向面临的主要技术问题及研究重点进行了分析,认为电极悬浮液的研究需要从导电机理、质量比容量、流变性能等方面进一步深入研究,并建立标准评价体系。
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    热点点评
    锂电池百篇论文点评(2015.2.1—2015.3.31)
    陈宇阳,胡飞,詹元杰,陈彬,王昊,闫勇,林明翔,徐凯琪,贲留斌,刘燕燕,黄学杰
    2015 (3):  248-259.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.03.002
    摘要 ( 400 )   PDF(13857KB) ( 276 )  
    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2015年2月1日至2015年3月31日上线的锂电池研究论文,共有1204篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了富锂相材料、三元材料和尖晶石材料的结构演变及掺杂和表面包覆对其循环寿命的影响。高容量的硅、锡基负极材料研究侧重于纳米材料、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、锂空电池、锂硫电池的论文也有多篇。理论模拟工作包括电极材料体相和界面结构以及电解质的输运性质,除了以材料为主的研究之外,针对电池的失效分析、热安全分析的研究论文也有多篇。
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    研究及进展
    国际储能技术路线图研究综述
    张军, 戴炜轶
    2015 (3):  260-266.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.03.003
    摘要 ( 351 )   PDF(9368KB) ( 264 )  
    储能技术及其市场前景近年来受到了高度关注,科技和示范工程不断取得新的成果,如何科学规划储能技术的发展是各国决策者面临的重要问题。技术路线图作为一种重要的战略规划工具开始得到储能业界的关注,一些国家和组织已开始尝试运用技术路线图研究储能技术的未来发展路径和前景,本文综述了国际上的相关研究成果,从研究目的、研究方法和核心目标等方面做了归纳,供有关决策机构和业界参考。
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    基于有限元的金属飞轮结构设计优化
    汪勇, 戴兴建, 孙清德
    2015 (3):  267-272.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.03.004
    摘要 ( 224 )   PDF(5331KB) ( 357 )  
    金属飞轮功率密度大,可靠性高,是我国推广飞轮储能技术应用的重要途径。本文综合考虑应力强度、金属疲劳、储能总量、储能密度和加工工艺,依托有限元计算优化金属飞轮设计,以应对不同工况要求。飞轮材料选用35CrMoA,设计储能量大于20 kW·h。频繁充放电飞轮采用4倍安全系数,具备高可靠性;高速待机飞轮以疲劳极限强度作为设计准则,平衡储能量和寿命。计算对比发现,“哑铃”形截面有利于实现轻质量大转动惯量,相同储能量下降低轴承负荷。此外,文章依托模块化设计思想,提出叠层铆合飞轮设计,评估轴孔螺孔应力集中影响。上述讨论为低速大功率金属飞轮进一步设计和量产化提供了有力参考。
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    PEO基Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3固体复合电解质的制备
    余涛, 谢凯, 韩喻, 王珲
    2015 (3):  273-277.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.03.005
    摘要 ( 421 )   PDF(5450KB) ( 521 )  
    以聚环氧乙烷(PEO)为黏结剂,离子导电性的Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAGP)为主相,乙腈为溶剂,按照EO/Li,摩尔比为13,变化LiN(CF3SO2)2(LiTFSI)中Li+ 与LAGP中Li+ 的比例,通过溶液浇注法制备得到LAGP-PEO(LiTFSI)固体复合电解质。用X射线衍射、扫描电镜(SEM)和电化学阻抗(EIS)等方法对固体复合电解质的形貌、结构和电导率进行表征。结果表明,LAGP可与PEO(LiTFSI)部分络合并均匀分散于PEO(LITFSI)内,整个体系内存有三个主体相,即PEO(LiTFSI)的复合相、LAGP晶相以及PEO与两种锂盐的过渡相。通过阻抗谱图发现,当质量比w(LAGP)∶w(PEO)=6∶4时,LAGP-PEO(LiTFSI) 固体复合电解质具有最高的室温电导率,为2.68×10-5 S/cm,在333 K时,达到1.86×10-4 S/cm,接近LAGP的电导率水平。这说明固体复合电解质中加入LAGP即降低了PEO的结晶度,LAGP自身的电导率也有一定贡献。
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    抑制风电功率波动的电池储能系统自适应控制策略设计
    李军徽, 高天宇, 赵冰, 严干贵, 焦健
    2015 (3):  278-283.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.03.006
    摘要 ( 348 )   PDF(5372KB) ( 371 )  
    为了增加电池储能系统针对大规模风电并网对电网系统的友好性,降低风电功率波动对电网的不利影响,本文提出以电池荷电状态和风电功率为反馈量,改变平抑时间常数和电池储能系统充放电目标功率为目标的平抑风电功率波动的自适应控制策略。经仿真验证,上述策略能有效避免电池的荷电状态大幅波动,延长电池使用寿命,从而减小电池储能系统的安装容量,最大限度地发挥电池储能系统的作用。
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    超临界水热结合固相煅烧法制备LiMn2O4正极材料
    刘学武, 冯铁柱, 李婧, 陈国华
    2015 (3):  284-289.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.03.007
    摘要 ( 287 )   PDF(6880KB) ( 150 )  
    利用超临界水热结合后续煅烧处理的方法制备了锂离子电池正极材料LiMn2O4,并详细讨论了超临界水热反应过程中反应压力、反应温度和后续处理煅烧温度对LiMn2O4材料晶型、颗粒形貌和电化学性能的影响。实验结果表明,LiMn2O4材料在400 ℃、30 MPa下反应15 min,后续经过700 ℃煅烧3 h得到的样品具有结晶度良好、颗粒分布均匀等优点。LiMn2O4材料制备的扣式电池表现出优异的电化学性能,0.1 C倍率下初始放电比容量为125 mA·h/g;1 C下循环50周同样表现出良好的电化学性能。
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    酸锂电池在兆瓦级储能系统中的应用分析
    黄任飞
    2015 (3):  290-294.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.03.008
    摘要 ( 240 )   PDF(4084KB) ( 422 )  
    相对于传统型的锂离子电池,钛酸锂电池具有充放电响应速度快、倍率特性好、寿命长等优点,但钛酸锂电池单位容量的成本较高。本文从储能系统应用需求层面分析典型功率型储能系统对电池倍率和容量的要求,结合钛酸锂电池的特点,得出高倍率的钛酸锂电池应用于功率型储能系统相对于能量型锂电池,可以大幅度减少电池配置数量的结论,因此可发挥钛酸锂电池的竞争优势。
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    添加剂对锂离子电池自放电性能的影响
    程冰冰, 盘毅, 郑毅, 谢凯, 郑春满
    2015 (3):  295-299.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.03.009
    摘要 ( 264 )   PDF(4924KB) ( 1294 )  
    本文采用碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-二氧戊环(DOL)、1,4-二氧六环(DOX)、苯磺酰氯(BSC)作为添加剂,并对每种添加剂选取了特定的添加比例,分别制备成18650型电池,置于55 ℃环境中,进行特定存储时间的电压、内阻测试,分析锂离子电池在存储过程中的自放电性能,结果表明几种添加剂中VC的效果最好,以1.00%的比例添加时在55℃条件下存储45天,其容量保留率可以达到95.00%,XPS结果表明VC添加后负极电极表面有机溶解性弱的CH3OLi和稳定性好的ROLi量增加,形成了更加致密稳定的SEI膜,电池自放电性能得到改善。
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    锂基于层次分析法和VIKOR法的低温相变材料优选
    张瑜, 王毅, 杨伟华, 吉慧
    2015 (3):  300-305.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.03.010
    摘要 ( 345 )   PDF(4651KB) ( 396 )  
    为评价、筛选综合性能佳的低温相变储热材料,将层析分析法和多准则妥协解排序法引入相变材料多属性决策领域,构建了三层次六属性的低温相变材料评价体系,建立了基于层次分析法和多准则妥协解排序法的优选模型,指出了评价的方法和步骤。在此基础上,利用建立的模型对10种相变材料进行了综合性能优选排序。研究结果表明:层次分析法和多准则妥协解排序法在相变储热材料的筛选上具有可行性和统一性,所选出综合性能最佳的无机相变材料为三水合乙酸钠,有机相变材料有硬脂酸和石蜡。
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    专家讲座
    锂离子电池基础科学问题(XV)——总结和展望
    李泓
    2015 (3):  306-318.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.03.011
    摘要 ( 507 )   PDF(13715KB) ( 971 )  
    自摇椅式可充放锂电池概念由Armand M等人在1972年提出,锂离子电池的基础研究历经43年,在材料体系、电化学反应机理、热力学、动力学、结构演化、表界面反应、安全性、力学行为等方面不断取得更为深入广泛的认识,并最终推动锂离子电池技术发展和成功实现了商业化。锂离子电池面临着电池性能需要全面提升、应用领域需进一步拓宽的强劲需求,因此要求基础研究能够提供创新的、更好的技术解决方案,对锂离子电池材料复杂的构效关系能精确认识,对于电池在制造和服役过程中的失效机制有全面的理解,对各种控制策略的效果能提供可靠的科学依据。同时,锂离子电池的发展也在促进着固态电化学、固态离子学、能源材料、能源物理、纳米科学等交叉基础学科的发展。作为“锂离子电池基础科学问题”讲座的最后一篇文章,本文对锂离子电池基础研究的科学问题,存在的难点、发展趋势进行了总结。
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    应用技术
    100 kJ/50 kW高温超导磁储能系统在微电网中的应用
    刘洋, 唐跃进, 石晶, 任丽, 徐颖, 邓嘉翕, 龚康, 姜国中, 谢阳
    2015 (3):  319-326.  doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.03.012
    摘要 ( 346 )   PDF(10806KB) ( 105 )  
    超导磁储能系统(superconducting magnetic energy storage,SMES)能够实现与电网之间的快速功率交换,对于增强电网稳定性,改善电能质量具有重要意义。本文针对一套100 kJ/50 kW高温超导磁储能系统,对其超导磁体设计与低温系统,功率调节系统的拓扑及控制策略设计、主监控系统的设计分别进行了阐述和分析。为了验证整个磁储能系统的性能,进行了相关的开环功率调节实验。实验结果表明,整套系统运行良好,SMES能够快速的响应主监控系统发出的功率指令,实现SMES与电网之间快速的功率交换。基于上述对SMES的分析和实验测试,结合云电科技园微电网的拓扑,给出了几种SMES在微电网中应用的试验方案,以验证SMES在微电网中应用的性能和作用。
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    产经动态
    近期储能产业新闻
    中关村储能产业技术联盟
    2015 (3):  327-328. 
    摘要 ( 148 )   PDF(1791KB) ( 223 )  
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