2023年中国储能技术研究进展

本文对2023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,在综合分析的基础上,总结得出了中国储能技术领域的主要进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、储能新技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明,2023年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展,保持了全球基础研究、技术研发和集成示范最为活跃的国家地位,中国在储能领域发表SCI论文数、申请专利数、装机规模继续保持世界第一。展望2024年,中国储能技术有望继续高速发展,同时总体上需要向高质量发展转变。

锂离子电池储能安全评价研究进展

本文针对目前锂离子电池储能安全评价研究进展进行了综述,梳理了锂离子电池储能安全评价相关标准现状,从电池本征安全、储能故障及事故统计、热失控机理及火蔓延机制等方面总结了锂离子电池储能安全评价相关理论的研究进展,分析了从锂离子电池单体到储能系统的安全评价数值模拟技术,系统介绍了电池单体到储能系统的安全测试评价技术以及锂离子电池储能电站安全评价技术的现状。研究结果表明,随着电池技术的不断迭代,储能系统结构的不断升级,储能的安全评价将愈发复杂,现有的评价技术和标准有待进一步提升和完善。未来,需要根据储能电池本质安全、电气与消防安全等技术的发展及时调整与更新安全评价指标,结合仿真、实验手段的进步,明确安全指标阈值,并充分考虑储能系统投运后容量衰减、老化过程伴随的安全性能演变,构建覆盖多体系、多场景、多要素,融合动静态指标的安全性能等级评价体系,发展涵盖“单体-模组-簇-系统-电站”层层分级的储能系统安全性能等级评价技术。同时,制定国际适用的储能系统安全性能等级评价标准,为全球储能安全提供中国方案。

2021年中国储能技术研究进展

本文对2021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,总结得出了2021年中国储能技术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、铅蓄电池、锂离子电池、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。研究结果表明,中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展,中国已经成为世界储能技术基础研究最活跃的国家,也已成为世界储能技术研发和示范的主要核心国家之一。

大型磷酸铁锂电池高温热失控模拟研究

高温是触发锂离子电池热失控的最直接原因,因此研究锂离子电池在高温加热中的热失控特征及其内在机制至关重要。本文选取109 A·h大型磷酸铁锂电池为研究对象,在COMSOL Multiphysics中建立了6种不同温度下(140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃)的烘箱热失控模型,模拟分析了电池在高温加热条件下的热失控特征和温度分布。研究结果表明在140℃和145℃时电池未发生热失控,其他工况下电池均发生热失控,且环境温度越高,电池发生热失控的时间越早,温升速率加快。此外,通过对热失控各副反应分解浓度分析得知,未发生热失控情况下只发生了SEI膜和负极的分解反应,而正极与电解液的反应是造成电池热失控的主要诱因。最后通过对比发生热失控和未发生热失控情况下电池的温度分布,发现未发生热失控条件下电池温度分布均匀,而发生热失控时电池温度均匀性变差。同时发现高环境温度下电池的热失控更为剧烈,温度分布极不均匀,且在热失控前后温度分布变化较快,预计电池材料发生的不可逆分解反应是导致电池损坏的主要原因。

基于电化学-力耦合模型的锂离子电池充电过程中石墨颗粒的应力模拟

在锂离子电池的充放电过程中,随着电极颗粒中锂的嵌入和脱出,颗粒会发生膨胀和收缩而导致应力的产生,应力过大时会发生电极材料的脱落、破裂,致使电池内阻增加、循环性能下降、容量衰减,最终导致电池失效。该文对正负极椭球颗粒建立三维电化学-力耦合模型,计算了充电过程中电极颗粒的锂浓度分布以及负极石墨颗粒的应力分布。结果表明:两个颗粒接触的部位应力较大,且过大的应力会削弱锂离子的脱嵌能力,导致两个负极颗粒接触的部位锂浓度较低而两个正极颗粒接触的部位锂浓度较高。此外,颗粒表面径向应力为零,径向应力最大值出现在颗粒中心,最大切向应力出现在两个颗粒接触的表面。

绝热条件下280 Ah大型磷酸铁锂电池热失控特性分析

随着新能源产业的快速发展,锂离子电池在储能领域得到广泛应用。为了更好地防控储能电站火灾爆炸事故,需要对储能用磷酸铁锂电池的热失控特性进行更加深入的研究。本工作使用280 Ah磷酸铁锂电池进行绝热条件下电池热失控实验,得到自产热温度T1为70.26℃、热失控触发温度T2为200.65℃、热失控最高温度为340.72℃,热失控过程中出现两个温升速率峰值分别为3.59℃/s和1.28℃/s。同时定量分析了电池自产热阶段的动力学参数,电池热失控过程中释放的总热量为1511 kJ。最后分析了电池在绝热环境中破裂损坏的原因,是由于内部压力过大,反应较为剧烈所导致的。本工作研究内容弥补了280 Ah大型磷酸铁锂电池绝热条件下电池热失控特性研究的空白,对储能电站火灾爆炸事故具有理论指导意义。

大型磷酸铁锂电池高温热失控模拟研究

本文选取大型磷酸铁锂电池(109Ah)为研究对象,对其建立不同加热温度下的烘箱热失控模型,通过对比发生热失控和未发生热失控两种条件,得出磷酸铁锂电池高温热失控行为。