基于锂离子电池电化学机理特性的电气等值模型研究

为更准确地表征低倍率充放电工况下电池内外部的动态状况,该文根据锂离子电池电化学原理推导出一种机理电气等值模型,明确机理电气等值模型相关电气元件参数的计算方法,揭示其与锂离子电池电化学参数之间的关联。所提机理电气等值模型兼具锂离子电化学模型的精度以及常规经验等效电路模型在储能控制参数整定、大规模储能电站等效建模方面便捷性的优势,更适用于新型电力系统场景下的储能电站建模、仿真、参数整定及安全监测。

使用工况对锂离子电池电化学性能的影响

[目的]锂离子电池储能技术在近年来得到快速发展和广泛应用,但在实际应用中发现具体使用工况对锂离子电池储能的实际使用寿命和盈利能力有着巨大影响,文章旨在研究使用工况对于锂离子电池电化学性能的影响,为今后的锂离子电池储能项目建设提供参考。[方法]测试并分析工作荷电区间、放电倍率、工作温度对锂离子电池实际工作性能的影响。[结果]充放电荷电区间、使用倍率、工作温度都会对锂离子电池的实际工作性能产生巨大影响。一方面,适当调节充放电荷电区间会明显提高电池的使用寿命;另一方面,目前调频储能项目常用的2 C配置方式会明显降低锂离子电池的使用寿命,而将倍率降低至1 C配置虽然会增加初始投资,但有望获得更低的周期度电成本。此外,温度控制对锂离子电池的使用寿命也极为重要,即使是个位数的温度差异也有可能造成长期使用后显著的电池不一致性。[结论]锂离子电池储能具有响应速度快、调节精度高、配置灵活等优点,随着“碳达峰、碳中和”工作的深入和电力市场的逐步建设,锂离子电池储能将会在提高电能质量方面发挥重要作用。注重使用工况对于锂离子电池性能的影响将会进一步提高锂离子电池储能的使用效能。要根据实际应用需求实际设计电池的使用工况,并以此为依据配置锂离子电池储能各项参数指标,从而赋予锂离子电池储能更加优异的性能,助力我国“双碳”目标的实现。

新型储能技术进展与挑战I:电化学储能技术

新型储能技术日益成为中国建设新型能源体系和新型电力系统的关键技术,已成为中国经济发展的新动能,将在促进可再生能源消纳、实现能源体系转型、提高能源利用效率、减少环境污染等方面发挥重要作用,相关技术研究也在快速发展。开展了该领域的系列评价性综述工作,分为电化学储能技术、物理储能与储热技术、储能集成与规划3个部分,对各类新型储能技术的应用领域、最新研究进展及局限性等问题进行了全面系统的对比分析,并进一步探讨了储能集成、安全、规划调度等储能系统相关领域面临的挑战及发展趋势。第1部分为电化学储能技术,重点对锂离子电池、钠离子电池、液流电池、固态电池和水系电池的技术与工程的相关成果进行了综合分析与讨论。电化学储能技术具有灵活配置的特点,可以满足不同功率和能量的应用需求,锂离子电池技术的成熟度最高,在储能市场占有主体地位,未来进一步发展集中于系统集成和安全技术方面,以推进更大规模的商业化应用。其他一些尚处于基础研究阶段的电池技术也展现出了巨大的发展潜力,比如:固态电池具有更高的安全性,钠离子电池具有优越的低温性能,液流电池具有较长的循环寿命等。

专栏执行主编寄语新型电化学储能材料与器件

2021年7月国家发展改革委、国家能源局联合发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,意见指出要坚持储能技术多元化,推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用,实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期,加快钠离子电池等技术开展规模化试验示范.

锂离子电化学储能站消防电气设计的优化技术研究

本文首先探讨了锂离子电化学储能站火灾风险的来源,并介绍了相应的火灾风险评估方法。随后在消防电气设计原则部分,分别从安全性、可靠性和稳定性三个方面提出了相应的设计原则。然后重点介绍了火灾预防技术、火灾报警技术、火灾应急响应技术以及系统监控与远程控制技术等方面的技术优化内容。通过合理配置火灾防护设备和优化消防应急措施,提高储能站的火灾防范能力和火灾处理效率。

多元电化学储能技术综述

在双碳背景下,全球正大规模发展风电、光伏等新能源。新能源具有随机性、间歇性和波动性,需结合高性能低成本的储能系统进行使用。电化学储能技术具有高能量密度、高效能转化、长循环寿命、绿色环保和便携性等优点,符合对储能的各项要求,被广泛地应用于可再生能源、电动汽车、微电子产品以及未来智能电网中。为研究电化学储能技术的发展前景,本文将电化学储能与传统储能方式进行对比,重点突出其优势;详细介绍了电化学储能系统的组成单元及各自的工作原理;对锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池和钾离子电池4种主流电化学储能体系的研究进行了总结归纳,详细介绍了正负极材料、电解质、隔膜及工作原理,阐明当前面临的问题及合理的解决方案。以期为电化学储能体系、材料和应用提供参考,为其发展提供借鉴。

电池设备“内卷”加剧 电化学储能亟待技术突破

中国化学与物理电源行业协会储能应用分会认为,短时间内磷酸铁锂电池在储能技术中主导地位仍无可动摇。该协会发布的《2024中国新型储能产业发展白皮书》显示,预计2025年全球锂离子电池储能累计装机量将超过300吉瓦,中国锂离子电池储能累计装机量将达65~70吉瓦:预计到2030年,全球锂离子电池储能累计装机量将超过730吉瓦,中国锂离子电池储能累计装机量将达160吉瓦。

燃煤电厂配置电化学储能调频技术分析

针对燃煤电厂配置电化学储能系统,分析政策背景、辅助服务市场、技术路线、设计与选型等,以指导燃煤电厂开展外挂储能系统项目,提升煤电机组涉网调频性能,获得更多的电力辅助服务收益。结果表明锂离子电化学储能系统耦合燃煤火力发电提供调频服务,储能系统宜配置为一拖二模式、3%机组功率、0.5小时,宜采用接入中压母线的形式、1C的电池方案、并联升压或高压级联的储能变流器(PCS)拓扑结构。

储能用锂离子电池安全评价标准现状

锂离子电池装机量不断增加,锂离子电池安全问题可能诱发储能系统的事故。为更好地开展储能用锂离子电池标准制修订工作,促进储能用锂离子电池产业高质量发展,调研产业发展概况,分析国内外储能用锂离子电池安全标准化现状。目前,国际电工委员会(IEC)、美国保险商实验室(UL)和国内相关标准化机构均已制定基础准入标准,但存在部分标准考核不全面,缺乏适用性的问题,此外,缺少安全等级评价相关标准。后续标准制修订时,应以有效评估储能用锂离子电池的安全性为目的,注重锂离子电池多方面的考核,以此助推储能产业高质量发展。

锂离子电池/电化学电容器用AC承载Li_4Ti_5O_(12)材料

采用溶胶-凝胶法结合高温烧结合成了一种混合储能材料Li4Ti5O12/AC。通过溶胶-凝胶的实验条件优化,并在惰性气氛保护下800℃、16h烧结得到产物,经扫描电子显微镜法(SEM)、X射线衍射光谱法(XRD)分析得知,产物为纯相尖晶石结构,Li4Ti5O12晶体为纳米级微晶。随着Li4Ti5O12含量的降低,复合材料的大倍率充放电性能有明显提高,3C充放电时,放电比容量可达到160mAh/g,其充放电机制包含两个过程,其一为活性炭的双电层充放电过程,另一个为LTO的锂离子嵌入/放出过程。

一种分离型移动式锂离子电池应急储能系统研究

针对部分台区配电网供电可靠性差的问题,提出了一种车舱可分离的移动式锂离子电池应急储能系统。完成了该应急储能系统的设计,包括应急储能系统的电池成组方式、结构部分和电气部分的设计,并给出了系统的控制方法研究。在搭建锂离子电池应急储能系统的测试平台的基础上,完成了充放电模式下有功功率调节能力测试。测试结果表明,该锂离子电池应急储能系统的有功功率调节能力符合国标要求,其功率控制准确度和响应时间基本满足电网调峰调频要求。

电化学储能电站消防设计审验问题探讨

电化学储能电站消防设计的审查和验收,存在火灾危险性分类和审验分类划分不明确的问题。经过查阅、分析大量国内外文献,结合锂电池热失控机理,提出对于其火灾危险性分类,建议将小型固定式的锂电池储能电站划分为丙类,将中大型固定式的锂电池储能电站划分为乙类的结论;对于其审验分类,建议将中、大型锂离子电池电化学储能归为特殊建筑工程。明确分类有利于电化学储能电站的消防设计审查和验收工作的顺利开展,对于保障消防安全和人民群众生命财产安全有重要意义。

电化学储能系统热管理技术研究现状与展望

本文对目前电化学储能系统热失控研究现状进行了分析,综述了空气冷却、液体冷却、相变冷却和热管冷却的冷却原理,以及防止电池发生热失控的措施,展望了热管理技术的发展方向。

复合材料在柔性电化学储能装置中的应用及研究进展

柔性电化学储能(EES)装置,如锂离子电池(LIBs)和超级电容器(SCs),可集成于柔性电子器件中,在连续的力学形变条件下可为便携式装置的运行提供稳定的电源。柔性EES装置应同时具备较高的柔韧性、能量密度和功率密度,因此适合的电极材料、电解质以及先进的电极结构设计十分重要。近年来,用于柔性EES装置的具有特定组分和独特结构的复合材料得到了广泛的研究,且采用复合材料的装置的弯曲、拉伸和压缩能力远优于单组分材料装置的性能,因此,我们概述了用于柔性LIBs和SCs的柔性电极复合材料以及复合电解质的最新进展,并特别关注复合材料在可穿戴电子器件中柔性EES装置的应用,此外,还简要介绍了实现整个装置柔性和可拉伸性的结构设计,重点介绍了其未来的发展前景和研究方向。

3DG/CoSe_(2)@NW锂离子电池负极材料的制备和电化学性能

为开发高效储存性能的锂离子电池(LIB),利用简单的溶剂热反应合成一维Co-硝基三乙酸(NTC)前驱体,与三维石墨烯(3DG)组装并高温退火后,制备了多维度、多孔的3DG/CoSe_(2)@纳米线(NW)负极材料。通过一系列的表征证明在纳米结构中,CoSe_(2)纳米粒子嵌入一维多孔碳NW中,该一维多孔碳NW被封装在3DG中。3DG/CoSe_(2)@NW用作LIB负极材料时,由于其独特的纳米结构,在0.1 A·g^(-1)电流密度下100次循环后比容量为725.6 mA·h·g^(-1),在2 A·g^(-1)的大电流密度下进行500次的循环后,容量保持率为92.5%。电化学测试结果表明,以3DG/CoSe_(2)@NW为电极的LIB具有高比容量和优异的循环稳定性。

电化学储能材料与技术研究进展

电化学储能材料与技术是解决清洁能源利用、转换和储存的关键。本文阐述了近年来电化学储能材料与技术研究进展,包括超级电容器、锂离子电池及锂硫电池等;重点介绍了南京航空航天大学江苏省能量转换材料与技术重点实验室在这方面取得的科研成果;同时分析了目前各种电化学储能材料与技术存在的主要问题;最后展望了电化学储能材料与技术的发展趋势和应用前景。

电化学储能技术的研究进展

储能技术是一项可能对未来能源系统发展及运行带来革命性变化的技术。在众多储能技术中,技术进步最快的是电化学储能技术。以锂离子电池、钠硫电池、液流电池为主导的电化学储能技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面均取得了重大突破,极具产业化应用前景。介绍了铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池以及液流电池的电化学反应原理、体系特点和各材料的发展现状。

碳纳米管电化学储能的研究进展

由于碳纳米管的特殊结构导致独特的物理化学性质 ,使得它在各个领域的应用引起多方面重视。根据国内外碳纳米管开发利用现状 ,总结了近年来各种不同规格碳纳米管在电化学储氢、电化学储锂、电化学电容器等电化学储能方面的研究进展 ;指出了各方面研究发现的问题 ,如电化学储锂的电压滞后 ,不可逆容量较大 ,电化学储氢时氢在碳纳米管中的存在状态难以确定等 ;今后的工作应从理论及实验两个方面来解释和解决这些问题。

储能系统锂电池电热耦合建模及参数辨识方法研究

针对电化学机理模型存在全阶结构复杂度高、电池温度变化过程无法精确描述的问题,该文提出将简化电化学模型与热力学模型耦合,建立简化电化学-热力学耦合模型,通过智能辨识算法获取模型相关参数。实验表明,该方法建立的模型在宽环境温度范围、常用放电倍率工况下仿真曲线与实际测试曲线的拟合效果较好,能较好地描述电池电压、电流和温度变化。该模型以较低的模型复杂度和较高的模型精度描述电池内部电化学、热力学行为,可支撑电池状态估计和剩余寿命预测研究。

高性能锂离子电容器正极材料石墨烯-介孔炭复合物的制备及性能分析

【目的】设计同时具有高质量活性和高体积活性的锂离子电容器(lithium-ion capacitor,LIC)复合正极材料。【方法】借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、康塔全自动比表面和孔径分析仪、四探针测试仪,通过实验分析了颗粒之间的微观形貌、堆叠方式、接触模式和界面特性对复合电极的电导率、电学性质的影响规律。【结果】将介孔活性炭(mesoporous activated carbon,MC)与单分散石墨烯/单壁碳纳米管杂化物(graphene/single-walled carbon nanotube hybrid,GNH)混合,紧密压缩制成锂离子电容器正极材料。GNH均匀地包裹在MC颗粒表面,与MC面对面接触,增大接触面积;而且GNH在MC颗粒之间形成均匀的三维导电网络,提供了快速的电子传导。另外,GNH具有开放结构,会优先吸附电解液离子,与MC界面间存在浓度梯度;同时,GNH具有较高的导电性,与导电性较差的MC界面间存在接触电势差效应。两者共同促使GNH和MC界面之间形成快速的离子和电子双传输路径,促进离子在MC内部的扩散,从而避免了高电流密度下因离子扩散缓慢而造成的容量损失。【结论】添加5%GNH提高了倍率性能,并且在不牺牲堆积密度的前提下同时提高质量和体积能量密度。