功率型储能技术与应用综述

大规模可再生能源发电并网给电力系统安全稳定运行带来了新的挑战,储能技术是解决这一问题的重要手段。为了满足新型电力系统应用场景的多样化需求,储能技术呈现百花齐放、多元化发展新态势。其中,功率型储能技术具有功率密度高、响应速度快、循环寿命长等优势,在新型电力系统的电力调频、平滑新能源波动、负荷跟踪等领域应用具有重要的应用价值。剖析了电化学电容器、飞轮储能、超导磁储能等功率型储能的技术原理和性能特征,梳理了各类功率型储能技术未来发展规划,总结了功率型储能在新型电力系统的应用技术研究工作,同时列举了目前国内外功率型储能的工程示范应用典型案例。最后针对各类功率型储能未来在电力系统应用面临的挑战进行了分析,提出未来功率型储能技术未来发展方向,旨在为功率型储能技术研究和产业发展提供参考。

MOF衍生多孔碳基材料的制备及其在锂离子电容器负极中的应用进展

锂离子电容器是一种兼具锂离子电池和超级电容器两者特点的新型功率型储能器件。然而,锂离子电容器电池型负极的动力学要慢于电容器型正极,导致其功率密度低、循环稳定性差等问题。金属有机骨架(metalorganic frameworks,MOF)衍生多孔碳基材料以其大比表面积的多孔结构,以及出色的化学稳定性等优点,成为电化学储能领域的研究热点。本文首先分析了锂离子电容器电极材料面对的挑战,阐述了锂离子电容器的储能机制。随后分析了碳化温度、热处理时间等碳化工艺对MOF衍生多孔碳基材料理化性质的影响,并着重讨论了受碳化工艺影响制备得到的不同产物组分类型。随后总结了MOF衍生多孔碳基材料在锂离子电容器中的应用进展,提出了与其他碳材料进行复合或掺杂改性是实现高功率密度、高能量密度的锂离子电容器负极材料的重要途径,最后对MOF衍生碳基电极材料的发展前景予以展望。

金属硒化物储能机理及其在锂离子电容器中的应用

锂离子电容器(lithium-ion capacitors,LICs)是一种兼具锂离子电池和双电层电容器优点的新型功率型储能器件。然而,电池型负极的缓慢电化学动力学性能限制LICs的应用。金属硒化物因其良好的导电性、快速的反应动力学和高理论比容量等优点备受关注。本文对金属硒化物的分类、结构和性质进行系统介绍,并重点讨论插层机制、转化机制和合金化机制的三种储能机制。最后,分析结构调控、碳材料协同和双金属硒化物构筑等改性方案对电化学性能的影响,并介绍由以上三种改性方法制备的结构稳定和高离子/电子传输能力的金属硒化物材料在锂离子电容器中的应用。

低温锂离子电容器研究进展

锂离子电容器(LIC)采用了双电层电容器(EDLC)正极和锂离子电池(LIB)负极,因而兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命的优势.LIC在储能过程中正极表面发生电荷的可逆吸脱附,负极体相中存在Li+的反复嵌入/脱嵌,在低温环境下由于电解液的黏度、电导率等物化性质发生很大改变,严重影响了LIC中离子的正常运输和电荷转移,导致无法在低温工况下正常运转,限制了其全天候、宽温域的应用.因此改善LIC的低温性能成为现阶段亟待解决的问题,受到了业界的广泛关注.众多研究表明电极材料和电解液之间的相互作用直接决定LIC低温电荷存储的过程,是解决低温环境下LIC能量密度和功率密度低的关键环节.本文从电极材料和电解液两个方面综述了国内外LIC低温性能的研究进展,概述了现阶段低温碳基材料的化学改性、表面修饰、离子嵌入以及新型电极材料的研发,并从电解液的锂盐、溶剂、添加剂三部分出发,介绍了低温工况下电解液各组成部分对LIC性能的影响,对不同改进工艺进行了分类与总结,重点讨论了新型低温添加剂在LIC中的应用,最后总结了新一代低温电解液的研究进展并对具有宽温度工况的下一代LIC提供了初步展望.

粤北大宝山铜多金属矿区赋矿地层时代及对矿床成因的指示

广东大宝山铜多金属矿床是中国著名的大型矿床之一,主要由斑岩型-矽卡岩型钼–钨矿和层状—似层状铜–铅–锌多金属矿组成。矿区内层状—似层状多金属矿的成因一直存在古生代喷流沉积成因或属于侏罗纪斑岩-矽卡岩成矿系统之争,关键问题之一是赋矿地层的时代及与层状火山岩的关系未得到很好的约束。通过对赋矿地层碎屑锆石进行LA-ICP-MS U-Pb测年和Hf同位素研究表明,2件样品的碎屑锆石最小年龄分别为430±8 Ma和431±4 Ma,2件层状火山岩底板碎屑岩中最年轻且谐和的锆石年龄分别为239±3 Ma和189±3 Ma,将矿区层状—似层状矿体的赋矿地层、层状火山岩底板砂岩的沉积时代分别限定在中泥盆世和早侏罗世。碎屑源区主要为中—新元古代(1200~750 Ma)和早古生代(440~420 Ma)的物质,并有少量古元古代(2500~1600 Ma)甚至泛非期(650~520 Ma)物质来源,后者还有少量晚古生代—早中生代(340~210 Ma)物质记录,它们是华夏地块早期微陆块聚合演化、扬子和华夏地块拼合及其显生宙演化过程的响应。Hf同位素特征暗示这些物质主要源自再循环的古老地壳物质及元古宙新生地壳。综合分析认为,矿区赋矿的泥盆纪地层不整合覆盖在志留纪层状火山岩之上,后被推覆在侏罗纪碎屑岩之上,层状—似层状矿体先经历了泥盆纪海底喷流沉积成矿作用,后受到燕山期岩浆热液叠加成矿。

柴达木盆地与周缘铀矿特征及砂岩型铀矿找矿方向分析

铀是中国的关键性能源金属和战略矿产资源之一。柴达木盆地与周缘虽然取得了一些铀矿找矿成果,但与之广袤的面积相比仍显不足。在简要介绍柴达木盆地区域铀矿地质背景的基础上,整理并分析了该区典型铀矿床(点)特征和主要中酸性岩浆岩的Th、U含量及锆石U Pb年龄数据等资料。结果表明,柴达木盆地与周缘铀矿化类型多样、种类齐全,主要为碱性岩(脉)型、花岗伟晶岩型、花岗岩(内带、外带、碱交代)型、火山岩型、层间氧化砂岩型、层间氧化油气还原砂岩型等。柴达木盆地与周缘“全位”铀成矿模式涵盖了该区可能存在的16种铀矿化类型。铀成矿时代从加里东晚期(436~401 Ma)直至现代。柴达木盆地北缘、南阿尔金和东昆仑构造带在区域地质演化和铀成矿作用的时间上具有一定的一致性,但是由于构造带的抬升剥蚀差异,柴北缘富铀岩浆岩和铀矿化保存最好,其次为南阿尔金,最差的是东昆仑构造带。结合盆缘成矿物质(源)、成矿流体场(运)、山前成矿空间(储)、盆内还原障(保)等成矿条件分析,指出柴达木盆地北部以侏罗系为目标层位的层间氧化砂岩型铀矿远景区有5个,南部和西部以新近系与更新统为目标层位的层间氧化油气还原砂岩型铀矿远景区有6个。

中国式现代化的形态建构、动力要素与实践进路——以人与自然和谐共生为分析视角

中国式现代化是中国共产党立足人类文明和现代化发展规律,坚持把马克思主义基本原理同中国具体实际相结合、同中华优秀传统文化相结合的重大成果,超越了西方现代化道路与模式。文本以人与自然和谐共生为视角展开对中国式现代化的形态建构,从政治领导力量、文化因素、经济因素、制度因素和技术因素等方面探讨实现中国式现代化的动力要素;指出中国式现代化的推进始终坚持中国共产党领导,坚持中国特色社会主义,坚持以人民为中心的发展思想,坚持人与自然和谐共生,走生态文明发展的现代化新道路,追求“五个文明”相协调和全体人民共同富裕的价值目标,既为后发国家独立自主实现现代化提供了全新选择,又创造出人类文明新形态。

纳米电极材料在高性能超级电容器中的应用进展

由于化石能源带来的全球变暖和环境污染问题日益紧迫，节能减排和绿色环保己经成为当今世界上最受关注的焦点之一。为了减低石油燃料的使用及二氧化碳的排放，许多国家都加大了对混合电动汽车及电动汽车的研究和投入。电动汽车最重要部分就是电源系统，因此，开发高能量密度、高功率密度、长寿命、安全性能好、成本低和环境友好的高性能储能器件尤为关键。

广东省大宝山多金属矿区岩浆岩的形成时代

大宝山矿区及周边的岩浆岩较发育,分别有大宝山次英安斑岩、大宝山花岗闪长斑岩、船肚花岗闪长斑岩、九曲岭次英安斑岩、丘坝次英安斑岩和徐屋次英安斑岩。笔者通过收集最新的地质资料及同位素年龄测定结果,对其形成年代进行了分析讨论。

2022年中国储能技术研究进展

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。

广东大宝山北部层状矿体硫化物Re-Os测年及指示

广东省大宝山铜多金属矿,近年来在北部新发现层状铜硫矿体,新增铜资源量20.6万吨,与采区内层状铜硫主矿体特征基本一致。为解决层状铜硫矿体的成矿时代问题,采集北部层状矿体的块状硫化物矿石样品,首次直接对黄铜矿和磁黄铁矿开展Re-Os测年,探讨成矿时代,并分析矿床成因。黄铜矿样品的Re-Os等时线年龄为(243±41)Ma(MSWD=3.1),磁黄铁矿样品的Re-Os等时线年龄为(410±16)Ma(MSWD=15),指示黄铜矿的形成可能晚于磁黄铁矿,加里东期是否存在成矿事件仍需进一步研究。黄铜矿与磁黄铁矿的矿石学研究表明,黄铜矿交代磁黄铁矿,前者形成晚于后者,结合采区地质填图结果,认为大宝山矿区及外围属于一个大的岩浆成矿系统,存在多期次岩浆侵位,主体可能属于燕山期与岩浆热液有关的成岩成矿事件。

锂离子电容器在新能源领域应用展望

锂离子电容器(LIC)作为一种新型电化学储能技术,具有超高功率密度、较高能量密度、长寿命、高安全、全寿命周期运行成本低、温度范围宽、易回收再利用等特点,成本介于锂离子电池(LIB)和双电层电容器(EDLC)之间,具有巨大的市场应用价值和竞争优势。本文阐述了锂离子电容器结构、工作原理、技术特点以及发展历程,基于锂离子电容器作为功率型储能器件既可以单独使用,同时也可以与其他储能器件(如锂离子电池、燃料电池、铅蓄电池等)组成混合储能系统使用,本文重点分析了锂离子在微电网、电力调频、风电变桨系统、城市轨道交通、新能源汽车等新能源领域的应用,最后对锂离子电容器未来技术发展及应用前景做了展望。

大宝山铜多金属矿矿床成因及成矿模式研究

大宝山铜多金属矿是粤北重要的多金属矿床.为摸清该矿床成因及成矿模式,实现外围深部找矿突破,文章归纳整理了该矿床的区域地质背景和矿床地质特征,并结合岩浆岩年龄分析,初步论证了该矿床属于岩浆热液型矿床,其成矿历史分为3个阶段,即早泥盆世形成硫化物阶段;燕山期形成铜铅锌钼钨矿阶段;后期褐铁矿形成阶段.

活性炭基Li_2SO_4水系电解液超级电容器

采用中性Li2SO4水溶液代替H2SO4和KOH作为电解液制备了活性炭(AC)基对称型超级电容器,使水系超级电容器的工作电压由1.0V提高到了1.6V.采用循环伏安和充放电测试研究了电容器的稳定电化学窗口.电化学充放电测试表明电容器在0.25A.g-1电流密度下单电极比容量可达129F.g-1,在功率密度为160W.kg-1时能量密度达到10Wh.kg-1(以正负极活性物质的总质量计).1.6V恒压充电1h后电容器漏电流为0.22mA.超级电容器的库仑效率接近100%,充放电循环5000次后容量仍可保持在92%以上.研究了电解液的浓度对电容器电化学性能的影响,发现随着Li2SO4浓度的增大电容器的电荷转移电阻显著减小,大电流充放电性能提高.活性炭基Li2SO4水系电解液超级电容器具有工作电压高、能量密度高和对环境友好等优点,因此有很好的产业化前景.

隔膜对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响（英文）

隔膜是双电层电容器和混合型电池-超级电容器等电化学储能器件的重要组成元件.本文采用1 mol?L-1四乙基四氟硼酸铵的丙烯碳酸酯电解液制备了基于活性炭的扣式双电层电容器,并采用1 mol?L-1六氟磷酸锂锂离子电解液制备了(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2+活性炭)/石墨体系的混合型电池-超级电容器.研究了不同类型隔膜的物理化学性能,以及其对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响.四种隔膜分别是无纺布聚丙烯毡、多孔聚丙烯薄膜、Al2O3涂层的聚丙烯薄膜和纤维素纸隔膜.进行了表面形貌、差示扫描量热、电解液吸液量和表观接触角测试表征.电化学测试表明,采用纤维素隔膜的双电层电容器具有最高的比电容和更优的倍率性能,电容器的自放电性能差别不大.而对于混合型电池-超级电容器,采用聚丙烯薄膜和无纺布聚丙烯毡隔膜器件的比容量比其它器件约高20%,且采用纤维素隔膜的器件自放电率最高.

广东大宝山矿田船肚钼钨铜矿床的地质特征、成矿规律与找矿方向

广东大宝山矿田船肚矽卡岩型钨钼铜矿床受船肚花岗闪长岩体接触带的控制,按空间展布分为北矿带和南矿带。浅部钻探和坑道揭露显示:北矿带裂隙密集,由石英网脉型、构造破碎带型及少量矽卡岩型铜钼矿组成;南矿带为矽卡岩型钨钼矿。蚀变特征和矿化类型及成岩成矿年龄表明,该钼钨矿床是与燕山期花岗闪长岩浆活动有关的中高温热液充填交代矿床,成矿物质来源于花岗闪长岩。通过对有利的赋矿围岩分析、控矿构造解析和与大宝山矿区的控矿要素对比分析,认为船肚岩体是沿着寒武系(顶板)与泥盆系(底板)之间的推覆构造侵入的,靠近花岗闪长岩的内接触带是石英网脉型辉钼矿的有利找矿部位,而云英岩化则是有效的找矿标志。在深部和外围矽卡岩带是船肚矿区南、北矿带探寻矽卡岩型钼钨矿体最具潜力的部位。船肚北矿带次英安斑岩体内部、与斑岩体相连通的成矿前断裂带中和构造虚脱部位、块状和似层状矿体外围的断层、裂隙、节理连通部位及层间滑动虚脱部位都是下一步铜多金属矿找矿的有利部位。文章认为船肚矿区深部存在隐伏铜钼多金属矿体的潜力较大,是大宝山多金属矿田找矿突破的重点地段和重要接替资源区域。

三维石墨烯网络在超级电容器中的应用(英文)

三维石墨烯网络(3DGNs)能够缩短电解质离子的扩散距离,提供快速电子输运通道,并能充当骨架以与赝电容材料进行复合,因而在超级电容器中得到了广泛应用。本文主要综述近年来三维石墨烯网络及其复合材料在超级电容器电极材料方面的的进展,论述提升三维石墨烯基超级电容器性能的途径,最后展望了未来三维石墨烯网络的前景。

双电层电容器电化学阻抗谱的实验研究(英文)

电化学阻抗谱(EIS)是一种很有用的研究电化学性能的技术.理想的双电层电容器(EDLC)阻抗谱的尼奎斯特图由中高频的45°线和低频的与实轴垂直的直线组成,可以用孔径分布-传输线模型来解释.然而,在研究工作中还发现,在阻抗谱的高频区出现了半圆弧区域,为此,提出的等效模型认为半圆弧可以归因于活性材料之间的接触电阻和接触电容,以及电极与集流体之间的接触电阻与接触电容.还研究了充电过程、活性炭和电解液的电导率、导电添加剂和粘结剂的含量、隔膜、活性物质附载量和极片加压等因素对阻抗谱的影响.其中,充电截止电压、活性炭的电导率、导电添加剂的含量和极片加压对半圆弧部分影响较为显著.

活性炭基软包装超级电容器用有机电解液

使用了一种新型的有机电解液(三乙基甲基四氟硼酸铵/(丙烯碳酸酯+乙腈):MeEt_3NBF_4/(AN+PC))和两种传统有机电解液(四乙基四氟硼酸铵/丙烯碳酸酯(Et_4NBF_4/AN)和四乙基四氟硼酸/乙腈(Et_4NBF_4/PC)),制作成活性炭(AC)基软包装超级电容器.在不同电压窗口下对新型有机电解液的循环伏安和电化学阻抗谱进行了表征,并在0-3V的电压窗口下,通过循环伏安、电化学阻抗谱、恒流充放电、漏电流、自放电、循环寿命和库仑效率,对以上三种电解液进行了综合的比较.结果表明,新型有机电解液综合了AN和PC各自的优点,性能优异.

高能量密度的锂离子混合型电容器

锂离子混合型电容器兼具锂离子电池和超级电容器的优点,在电化学储能领域具有广泛的应用前景,但其产业化仍存在一系列的器件结构设计、电极材料筛选、预嵌锂工艺和电解液与电极的界面等基础及工艺方面的问题.本文结合作者课题组的研究工作,介绍了近年来高能量密度的锂离子混合型电容器的研究进展,内容涉及锂离子电容器正/负极材料的筛选、预嵌锂工艺的优化、内并联结构的锂离子电池型超级电容器复合正极组成材料的调控、隔膜的选择、电解液的组成、以及器件的高/低温性能,分析了锂离子电容器的容量衰减机制,探讨了锂离子电池型超级电容器的储能机制,并提出了未来对高能量密度的锂离子混合型电容器研究的展望.