储能科学与工程专业建设与人才培养模式进展与探讨

储能对于促进太阳能、风能等清洁可再生能源的发展具有重要的作用,储能科学与工程专业的建设和人才培养为储能行业的快速发展提供了稳固的人才支持,对于实现"双碳"目标具有重要的作用。自西安交通大学于2020年获批第一个储能科学与工程本科专业以来,目前已有60余所高校开设了该专业,这一迅猛发展趋势清晰地表明储能科学与工程专业的建设与人才培养正处于蓬勃发展的阶段。储能科学与工程专业涉及动力工程及工程热物理、电气工程、材料科学与工程等多个学科的知识体系,给专业的建设和人才的培养带来一定的难度。虽然储能科学与工程专业已经过了几年的发展,但是其专业建设和人才培养模式仍在不断地探索和改进,且不同高校的课程体系、人才培养方向有所差异,呈现出各自的特点。本文汇总了部分高校在储能科学与工程专业课程体系建设、培养方向设置以及储能教学资源和平台建设等情况,总结了不同高校在储能领域人才培养的经验和思路,为该专业的建设与人才培养提供借鉴。

膨胀石墨/石蜡复合材料的制备及其在动力电池热管理系统中的散热特性

本文将石蜡与膨胀石墨进行复合,并经过压制工艺做成板状膨胀石墨/石蜡(简称EG/PCM)复合材料,以解决石蜡导热性能差以及相变后变成液体流动的问题。用导热分析仪和差示扫描量热仪分别测试了EG/PCM复合材料的导热性能和潜热,并用扫描电镜表征了其微观结构。将EG/PCM复合材料应用于动力电池热管理系统,对单体电池和电池模块分别利用空气冷却和EG/PCM冷却后在1.0 C和1.5 C放电倍率下进行放电,并用温度巡检仪记录电池放电过程的温度情况,对比两种散热方式对动力电池的散热效果。

废旧锂电池负极石墨失效机制及回收利用研究进展

为了满足可持续能源和绿色发展的需求,近年来锂电池市场持续增长,势头迅猛。然而,受限于一定的使用寿命,锂电池退役潮也随之来袭,废旧锂电池不仅会造成资源浪费还会产生严重的环境污染,因此废旧锂电池的回收是不可避免的问题。石墨具有成本低、储量丰富、能量密度高、功率密度大及循环寿命长等优点,是一种理想的负极材料,在锂电池负极材料中占据主导地位。目前关于电池回收的研究主要集中于正极材料中金属的回收,但负极材料的回收问题同样不容忽视。本文通过对近期相关研究的探讨,简单回顾了锂电池回收的现状,着重强调了负极石墨材料回收的必要性,介绍了负极部分的主要失效机制包括其对负极石墨材料所造成的影响和变化,总结了废旧锂电池负极石墨的特点。综述了近年来关于锂电池负极石墨材料回收相关研究进展,包括再生、改性及再利用等方面,指出了负极石墨回收所面临的挑战,并对未来锂电池负极石墨材料回收再利用技术提出了展望,以促进电池产业的可持续发展。

大功率锂离子动力电池组散热特性数值模拟

大功率锂离子动力电池具有较高的功率密度和能量密度,在纯电动汽车和混合动力汽车中具有很大的应用价值。本文采用数值模拟的方法,建立了大功率非均匀产热动力电池组三维模型,模拟分析了基于空气单向流动冷却和往复流动冷却的Li Fe PO4动力电池组(4×6)的散热性能。结果表明,对于大功率电池正负极产热不均匀的情况,为了降低电池模块的局部温差,电池采用正负极交叉式排列组合是必要的;随着入口风速的增大,角度大小对散热性能的影响增大;周期较长时的往复通风方式不利于减小电池组局部温差,甚至在长时间内会增加局部温差。

低温环境下电池热管理研究进展

动力电池作为电动汽车(Electric vehicle,EV)的重要组件,在低温环境下存在能量密度和功率密度下降等问题。为提高低温条件下动力电池的性能,需要合适的电池热管理系统。本文介绍了动力电池在低温环境下的放电特性,整理归纳了现有的各种电池加热方式,并综述了低温环境下电池热管理研究进展,对电池低温下热管理的进一步研究具有指导意义。

泡沫金属复合相变体系导热性能研究及应用

相变储热技术具有储热密度大、工作温度波动幅度小、工艺简单成熟等特点,但其使用的相变材料存在导热系数低且易发生泄漏的问题。利用泡沫金属孔隙结构所形成的快速导热通道及其毛细吸附作用,将其与相变材料结合构建泡沫金属复合相变体系,实现快速传递热量,是目前改善相变材料导热性能的重要手段。本文对泡沫金属复合相变体系等效导热系数预测关联式进行简述,对泡沫金属复合相变体系导热性能进行研究,介绍泡沫金属复合相变体系的应用,并对泡沫金属强化相变材料导热性能的研究趋势进行展望。研究结果表明:科学描述孔隙结构类型及特征有助于预测泡沫金属复合相变体系等效导热系数,研究泡沫金属和纳米添加剂相互影响机制可以避免强化导热手段的无效使用,采用激光增材制造技术可以优化设计泡沫金属孔隙结构,可为泡沫金属强化相变材料导热性能的进一步发展与研究提供参考。

面向储能技术的跨学科拔尖创新人才培养教学实践与探索

储能技术能够解决清洁可再生能源利用过程中存在的能量密度低、间歇性、波动大等问题,是促进我国乃至全球能源结构调整的关键技术。随着储能行业的快速发展,储能技术高水平人才的需求呈现井喷式增长。储能技术涉及动力工程及工程热物理、电气工程、材料科学与工程、化学工程与技术等学科的知识,具有较强的学科交叉性,从而给储能领域人才培养带来了很大的难度。针对储能技术高水平人才培养难和人才严重匮乏问题,中国矿业大学开展了面向储能技术的跨学科拔尖创新人才培养探索与实践,通过增设储能技术专业课,拓展学生跨学科的理论基础;建立交叉学科团队指导模式,充分发挥创新导师团队的正面引导作用;利用高水平储能创新平台反哺教学,实现储能交叉学科产教研协同育人。以上探索与实践取得了良好的效果,对储能行业拔尖创新人才的培养具有借鉴意义。

行业特色拔尖创新人才培养实验教学探索——以热管实验平台构建为例

本科拔尖创新人才培养是“双一流”建设的重要内涵,研究性实验教学是提升本科生实践能力与创新能力的有效途径。具有行业背景的高校在创新人才培养过程中,既要围绕拔尖创新,也应立足行业特色。结合具有矿业特色的中国矿业大学本科生拔尖创新人才培养,开展研究性实验教学探索。结合具体的热管实验平台的构建,对本科生参与甚至主导实验实践环节中的学以致用和以用促学的过程进行了介绍,并总结实验教学实践的效果,给出相应的思考和建议。希望对本科拔尖创新人才培养教学改革尤其是实验教学有一定的借鉴意义。