基于锂负极的液态金属电池研究进展

液态金属电池由于具有低成本、易于组装和扩容等优点,且在充放电过程中能够有效地避免枝晶生长和电极结构变形等问题,在规模化电网储能领域具有显著优势。本文系统地综述了液体金属电池的工作原理、优缺点、电池材料(包括电极和电解质)的选取原则以及近期液态金属电池电极材料的研究进展,着重介绍了Li‖Te体系、Li‖Bi体系、Li‖Sb体系、Li‖Sb-X(X=Pb,Sn)体系以及Li‖Bi-X(X=Sn,Pb)体系等以金属锂为负极的液态金属电池关键材料体系,重点分析了上述材料体系的电化学储能特性、安全性、循环稳定性以及性能提升策略,并对比分析了上述材料体系在大规模储能应用时存在的优势与不足。此外,综述了Li基液态金属电池在熔盐电解质、高温密封及腐蚀防护、电池热管理等方面存在的问题以及面临的技术难题。最后,展望了液态金属电池正、负极材料的主要发展方向。综合分析表明,基于Li负极的液态金属电池具有低熔点、低成本、高库仑效率以及高放电电压等优点。

一种基于集成机器学习的液态金属电池快速分选方法

电池分选方法能够有效降低电池间的不一致性,显著提升储能系统的性能、降低安全隐患。由于液态金属电池具有容量大、内阻小等特点,现有分选方法难以满足其分选的要求。针对现有分选方法耗时长、精度较低的问题,该文提出了一种基于集成机器学习的液态金属电池快速分选方法。该方法利用活化期的电池数据作为输入,通过特征选择和集成学习方法结合不同模型优势,并根据集成模型对预测得到的电池容量进行分选。与现有分选方法相比,该方法避免了额外的电池测试从而实现了快速分选,同时具有更低的预测误差与更好的可靠性。研究结果表明:相较于主流的分选方法,该分选方法的预测误差降低了52.16%,可靠性提升了9.10%,在电池分选上实现了高准确率和召回率,分别为96.62%和93.18%。在规模储能的电池分选中,该方法具有显著的潜在应用价值。

液态金属电池串联成组的一致性分选

液态金属电池是一种兼具低成本、长寿命、大容量优势的规模储能技术。为提高串联液态金属电池组一致性和可靠性,该文提出一种电池综合分选方法。基于单体电池的活化数据,获取液态金属电池的综合特性参数;然后,通过皮尔逊相关性分析,选取若干典型静态特性指标作为聚类特征,进行电池初分选;最后,以动态时间规整相似度对电池放电曲线的差异性进行量化评估,并采用减法聚类进行电池再分选。研究结果表明,分选后液态金属电池组容量提高了6.77%,电池放电曲线差异减少了88.28%,电池组一致性得到显著提高。

脱合金纳米材料的制备及其在碱金属离子电池负极中的应用进展

碱金属离子电池包括锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池等,是一种非常有应用前景的电化学储能装置.在“双碳”背景下,随着电动汽车的快速普及,对电池的能量密度提出了更高的要求.硅、锗、锡、锑、铋等因具有高的理论比容量有望实现在高能量密度电池中的应用.由于具有成本低、结构可控和工业应用潜力大等特点,脱合金技术常用来制备硅、锗、锑等负极材料,并实现对硅、锗、锑等脱合金材料的结构、形态和空间排列的动态控制.本文阐述了脱合金技术的常见分类和代表性研究进展,重点讨论了由脱合金技术制备多种维度的纳米材料以及它们在碱金属离子电池等储能领域的应用情况,最后对脱合金技术的发展趋势以及脱合金技术在储能领域的应用前景进行了展望.

液态金属电极储能电池电解质材料研究进展

液态金属电极电池因其长寿命、成本低、制造简单等特点成为电化学储能领域的重要组成部分。文章主要介绍了该类电池电解质材料的研究进展,重点针对无机熔盐电解质、有机电解质和固态电解质三类进行了讨论。最后,总结了目前的研究现状和未来的发展方向,为进一步研究提供参考。

液态金属电池——前景广阔的电网储能新技术

液态金属电池具有结构简单、易放大、可大电流充放电、制造成本低、循环寿命长等潜在优势,在大规模可再生能源发电并网以及分布式发电与微电网领域具有广阔的应用前景。重点介绍了液态金属电池的工作原理、性能特点、发展历史、技术现状。在此基础上,讨论了液态金属电池技术的发展趋势。

串联液态金属电池组均衡控制策略研究

液态金属电池是一类廉价高效、适合规模电能存储的新型储能电池技术。在分析液态金属电池特性的基础上,研究了一种基于开关矩阵的电感型均衡电路,提出以荷电状态(SOC)作为均衡变量,以SOC极大和极小的电池单体作为均衡对象,通过"变步长"方式对均衡电流进行控制的cell-to-cell均衡控制策略,并阐明了其具体的工作原理。利用Ma tla b/S imulink软件构建了串联液态金属电池组均衡控制系统模型,并针对串联液态金属电池组处于静置状态和恒流充电状态分别进行均衡控制仿真分析。该均衡控制策略适用于电池组的各种运行状态,可有效提高电池组中液态金属电池的一致性和容量利用率。

Na||Sb-Pb-Sn液态金属电池电极的价电子结构与热-电性能计算

应用固体与分子经验电子理论系统地研究液态金属池Na||Sb-Pb-Sn电极的价电子结构与热、电性能.研究结果表明:电极合金的价电子结构与其性能密切关联.阴极合金Na_(1–x)IA_x (IA=K, Rb, Cs)的晶格电子随着掺杂量的增加而减少,诱发合金的熔点、结合能随掺杂量的增加而降低. Na离子输运到阳极,与阳极Sb-Sn-Pb形成产物NaSb_3, NaSn, Na_(15)Sn_4, NaPb.其理论熔点与实验相符. NaSb_3的平均晶格电子数最少,开路电压最高.研究表明:对于Na||Sb-Pb-Sn液态金属电池体系而言,晶格电子扮演重要的角色,可以调控电极的热、电性能.

可充电电池的镓基液态金属负极材料研究进展

可充电电池普遍具有在固体负极中出现枝晶以及循环过程中由于体积膨胀而出现材料脱落、粉化的问题。镓基液态金属,由于其流动性,在循环过程中利用可逆固-液相转变实现自我修复,在本质上避免枝晶问题,同时与固态电极保持良好的接触界面,有效地解决了可充电电池的根本问题。目前,并没有针对镓基液态金属负极材料的系统性综述。为了促进可充电电池的快速发展,优化能源结构,系统总结了多种可充电电池镓基液态金属负极材料的研究进展,包括合成与制备方法及电化学特性,并对镓基液态金属材料在相应二次电池中作为负极材料的可能性做出展望。

液态金属电池研究进展

液态金属电池是一类具备低成本长寿命潜力的大规模储能技术,在可再生能源并网、削峰填谷、调频辅助服务等领域具有广阔的应用前景,是面向未来的热点储能技术之一。基于现阶段规模储能对储能技术成本、寿命等方面的实际要求,结合液态金属电池的研究现状,重点介绍液态金属电池的基本性质,以成本和能量转换效率为基准优选关键材料体系,简述关键材料体系及器件研究水平,并根据液态金属电池研究中存在的问题,探讨并展望了液态金属电池的发展趋势。

面向电力系统的液态金属电池储能技术

电化学储能灵活高效,是大规模电力储能技术发展的重要方向。液态金属电池(liquid metal battery,LMB)采用液态金属和熔融无机盐分别作为电极和电解质,从根本上避免了传统电池的寿命限制问题,其具有长寿命、低成本、大容量的优势,在电力系统储能领域具有广阔的应用前景。主要介绍了LMB的工作原理,重点综述了其发展历程和重要研究进展,并指出了现有电池体系存在的局限性与面临的挑战,在此基础上,探讨并明确了LMB的重点发展方向。

液态金属电池研究进展

规模电能存储技术在有效利用可再生能源、构建智能电网、提高电能质量等领域的重要性日益凸显。液态金属电池作为一类新型储能电池技术,其电解质和正负极分别采用无机熔盐和液态金属,具有成本低、容量大、效率高、寿命长等特点,在规模储能领域具有广阔的应用前景。本文主要从电池设计和体系优化等方面介绍液态金属电池的重要研发进展,分析其主要技术挑战,在此基础上提出了面向电力储能应用的新型液态金属电池的发展方向。

液态金属电池储能系统在光氢耦合微电网中的优化配置

液态金属电池是一种新型电池,其与氢储能共同构成的综合储能系统可以很好地满足微电网的需求。首先为该综合储能系统设计了一套以经济性最优为原则的调度方案,使两种储能装置协调配合,共同平抑并网光伏电能的功率波动。其次,仿真计算该调度方案下的液态金属电池配置成本、微电网年利润、电池预期使用寿命、电池容量不足的天数等指标,并利用这4项指标构建液态金属电池储能系统性能的综合评价模型。最后,以某光氢耦合微电网为例,利用上述模型对不同容量液态金属电池的性能进行评价,得出了电池的最优配置容量。

液态金属电池的研究进展

介绍了美国麻省理工学院(MIT)正在研发的液态金属电池,其三液态层体系的独特结构避免了限制传统电池寿命的微观电极退化机制,给予了液态金属电池超长的循环寿命。综述了此类电池的基本原理与优良特性、早期研究以及MIT最新研究现状,指出了影响液态金属电池性能的难题和各类电池成分存在的挑战。未来液态金属电池的研究领域充满机遇,目前锂基体系表现出很有吸引力的性能指标,代表了液态金属电池的研究发展方向。

基于扩展卡尔曼滤波算法的新型液态金属电池的荷电状态在线估算

液态金属电池是一种满足电网大规模储能要求的新型的大容量储能电池,其荷电状态的准确在线估算是其投入规模应用的重要基础,但是目前没有公开发表的针对在线估算此电池荷电状态的文献。以此为目的建立了基于扩展卡尔曼滤波器的电池荷电状态在线估算方法。建立了考虑电池自放电因素的等效物理模型。在此基础上,提出一种基于扩展卡尔曼滤波器的电池荷电状态在线估算方法。实验结果表明,在不同的电池工况下和电池荷电状态估算初值设置不同的情况,电池荷电状态的估算值都具有较高的精度。估算值和测量值之间的标准误差和均值误差分别为0.018 3和0.014 5。该算法可以有效地解决电池初始参数对SOC估算值的影响。

新型液态金属电池正极材料的探索研究

利用液态金属电池储能是近年来发展起来的一种新型电化学储能技术,具有成本低、寿命长等优点,在大型储能领域具有广阔的应用前景。传统单一组分的正极材料面临熔点高、电压低等问题,而合金材料则给液态金属电池正极材料提供了新的可能。本文通过分子动力学方法计算多种适用于液态金属电池正极材料的金属和合金材料(Bi、Sb、Te、Sn、Pb),经过多尺度计算模拟,首先找到了30种二元合金和三元合金,分析这些合金材料的形成能,发现均为负值,理论上说明这30种二元合金和三元合金均可以稳定存在。而后,筛选出具有较低熔点(<500℃)的正极合金,分别是SnSb、HgTl、InBi、PbSb、HgIn、InTe、GaSb、AlSb、CdSnSb2、ZnSb。进一步分析合金正极材料的态密度,选出7种离子传输能力较强的正极合金:PbSb、HgIn、CdSnSb2、ZnSnSb2、InTe、SnSb和SnTl4Te3,模拟计算其以锂为负极情况下的开路电压,结果表明,以SnSb为正极材料时,开路电压可达0.65 V。

合金电极液态金属电池研究进展

可再生能源快速发展的今天,液态金属电池凭借其长寿命、低成本以及高倍率性能,被认为是潜能巨大的储能体系。不同体系的液态金属电池都得到了大量的研究,其中电极的合金化被证明是能解决单金属电极成本高、利用率低等缺点的方法。重点介绍了各种合金化体系液态金属电池研究成果,总结了合金化电极降低液态金属电池工作温度、增强电极的润湿性、降低活性成分在熔盐中的溶解度等作用。介绍了液态金属电池中存在的腐蚀行为,探索并展望了液态金属电池的未来发展趋势。

锂铅液态金属电池自然对流瞬态分析

液态金属电池内部自然对流导致的界面波动会影响电池安全运行。采用数值模拟方法对锂铅液态金属电池(Li|LiCl|Pb)的自然对流过程进行分析,研究了绝热条件下不同电流密度和不同电解质层厚度时自然对流过程中温度场和流场的分布规律。结果表明:自然对流随电流密度的增大而增强,但受电解质厚度变化的影响却较小;放电初期,电池内温差和流速均迅速增大,随后温差趋于稳定并有下降的趋势,流速增长也逐渐平稳;由于本电池模型的正极区域液态金属的对流较弱,因此内部反应物混合过程不会明显影响电池性能。

基于模糊逻辑控制器的液态金属电池组两级均衡系统

液态金属电池是面向电网大规模储能应用近年发展起来的一类低成本、长寿命的新型储能电池技术。电池均衡管理是电池组安全、高效运行的基本保障,该文针对液态金属电池低电压、大电流特性,设计基于电感和变压器的两级混合均衡系统。通过MATLAB/Simulink平台搭建液态金属电池模型以及电池组均衡系统仿真模型。在采用基于荷电状态(state of charge,SoC)的均衡控制策略中引入模糊逻辑控制器,提高了电池组的均衡效率。经过在静置工况和动态工况下仿真表明所提出的均衡方案能够有效改善电池组的不一致性,提高电池组的可用容量。另外,在静置工况下与单级均衡电路相比,所提出的均衡方案均衡时间缩短了91.6%。

液态金属电池的温度特性

作为一类高温电池,液态金属电池的工作温度在300℃~700℃之间,工作温度对于电池性能具有重要影响。该文探究了工作温度对液态金属电池开路电压、充放电性能和电池内阻的影响。首先,建立双极化等效电路模型;运用静置法得到不同工作温度下的开路电压,并通过吉布斯—亥姆霍兹方程和能斯特方程计算相关电化学—热力学参数;运用电池循环测试得到不同工作温度下的循环性能指标;利用脉冲测试数据辨识不同工作温度下的内阻参数,从电池反应界面演变、电极反应、传质过程等方面分析工作温度和荷电状态对内阻的影响;仿真结果表明,考虑温度特性的双极化模型的相对电压误差在±0.03V以内,能较好地反映液态金属电池的动态特性。