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    2017年, 第6卷, 第5期 刊出日期:2017-09-01 上一期    下一期
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    创刊五周年专刊
    主编寄语
    丁玉龙
    2017 (5):  837. 
    摘要 ( 135 )   PDF(37395KB) ( 182 )  
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    题词
    2017 (5):  838. 
    摘要 ( 125 )   PDF(82808KB) ( 98 )  
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    贺诗
    2017 (5):  839. 
    摘要 ( 153 )   PDF(12623KB) ( 112 )  
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    奋进五载展精彩,勇往直前赢未来
    2017 (5):  840. 
    摘要 ( 137 )   PDF(93358KB) ( 76 )  
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    特约文章
    锂离子电池高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的研究进展
    王 昊,贲留斌,林明翔,陈宇阳,黄学杰
    2017 (5):  841-854.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0099
    摘要 ( 755 )   PDF(18600KB) ( 1174 )  
    锂离子电池在电子产品市场起着重要作用,而应用于可持续交通领域的高能量密度和功率密度的锂离子电池仍然得到广泛的研究。为了将锂离子电池的能量密度提高至200 W•h/kg以上,以尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO)作为正极材料,石墨作为负极材料的电池是最有希望的方案之一。这种电池具有很多优点,即工作电压高(约4.7 V vs. Li/Li+)、可用比容量高(约135 mA•h/g)、倍率性能优异、成本相对较低。本文比较了两种空间群的LNMO(无序的Fd-3m和有序的P4332)在原子尺度的结构差异以及相应的电化学性能差异,并阐述了二者之间的关系。详细报道了LNMO在首周充放电过程(3.5~4.9 V)中局部原子结构(特别是表面区域)。此外,综述了LNMO的合成方法以及对其包覆和掺杂的效果。除了传统的包覆和掺杂,我们报道了用纳米尺寸的TiO2对LNMO进行表面修饰,结果表明LNMO的表面被TiO2颗粒覆盖,并且Ti离子掺杂进入到LNMO表面几纳米的区域。此外报道了表面修饰对LNMO在25 ℃和55 ℃条件下的电化学循环性能的影响。
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    同步辐射X-射线和中子衍射在储能材料研究中应用
    任 洋1,颉莹莹1, 2,陈宗海1,马紫峰2
    2017 (5):  855-863.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0111
    摘要 ( 525 )   PDF(12900KB) ( 790 )  
    同步辐射X-射线和中子散射设施是国际上非常流行和不可或缺的科学资源,可为基础研究和应用研究提供强大的工具和实验技术。X-射线和中子以不同又互补的方式与物质相互作用,近年来已经广泛应用于电子、原子和分子水平,乃至工程尺度上对储能材料的研究。本文简要介绍了同步辐射X-射线和中子衍射技术及其差异性、相似性和互补性,对同步辐射高能X-射线的优点也进行了阐述。我们展示了中子散射独特和强大的能力,及其在储氢材料研究中的应用。分别介绍了利用同步辐射X-射线和中子衍射技术原位研究钠离子电池和锂离子电池中Na1–δNi1/3Fe1/3Mn1/3O2和LiNi0.5Mn1.5O4等电极活性物质在合成和电化学脱嵌过程中的结构演变规律的若干案例。最后,展望了同步辐射X-射线和中子衍射技术在储能科学研究中的前景。
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    锂离子电池纳米硅碳负极材料研发进展
    陆 浩1,3,李金熠2,刘柏男1,3,褚 赓1,3,徐 泉2,李 阁2,罗 飞3,郑杰允1,3,殷雅侠2,郭玉国2,李 泓1,3
    2017 (5):  864-870.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0096
    摘要 ( 1057 )   PDF(7065KB) ( 1489 )  
    本文围绕锂离子电池纳米硅碳负极材料,简要分析了该材料在电动汽车、消费电子及储能等领域的应用前景。介绍了目前常见的几类纳米硅碳材料,主要包括碳包覆纳米硅(nano-Si@C)、氧化亚硅碳复合材料(SiO@C)、硅纳米线(Si nanowire/SS)、变氧型氧化亚硅碳复合材料(SiOx@C)以及无定形硅合金(amorphous SiM),并概述了它们的优缺点,且对它们的性能优劣进行了对比。介绍了在纳米先导项目的支持下,中国科学院物理研究所和中国科学院化学研究所在纳米硅碳负极材料方面取得的研发进展以及相关产品的中试放大。最后总结了纳米硅碳负极材料所面临的现况,并展望了其未来的发展趋势。
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    微纳米空心结构金属氧化物作为锂离子电池负极材料的研究进展
    麻亚挺,黄 健,刘 翔,刘鹏飞,蔡余新,谢清水,彭栋梁
    2017 (5):  871-888.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0084
    摘要 ( 651 )   PDF(31640KB) ( 604 )  
    电动汽车和智能电网的快速发展对锂离子电池提出了更高的要求,即在拥有高能量密度和高功率密度的同时,兼有快速充放电和较高的安全性能。电极材料是电池性能的关键,金属氧化物因为拥有较高的比容量和安全性能,已经成为有希望替代传统商用石墨负极的新型电极材料。然而,金属氧化物负极的循环结构稳定性较差、电导率低,由此导致差的循环及倍率性能,极大地阻碍了其商业化应用。近年来,拥有微纳米空心结构的金属氧化物显示出了优异的电化学性能。本文介绍了制备空心结构金属氧化物的常用方法,讨论了各种方法的优缺点,并列举了常见空心结构金属氧化物作为锂离子电池负极时的性能表现,最后对空心结构金属氧化物未来的发展方向和发展前景予以展望。
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    预锂化技术及其在高比能硅负极中的应用
    聂 平,徐桂银,蒋江民,王 江,付瑞瑞,方 姗,窦 辉,张校刚
    2017 (5):  889-903.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0088
    摘要 ( 1180 )   PDF(19035KB) ( 1757 )  
    开发具有高能量密度、高安全性和长循环寿命的锂离子电池成为当今储能领域的研究热点,高容量合金及转换反应材料引起了广泛的关注,主要包括硅基、锡基、金属氧化物等。与锂离子嵌入反应负极材料不同,在充放电过程中,这类材料存在较大的首次不可逆容量损失。首次不可逆容量损失消耗了大量的电解液和正极材料中脱出的锂离子,导致较低的库仑效率。锂的损失降低了电池的能量密度和循环寿命,从而严重制约了此类材料在高比能锂离子电池中的应用。预锂化技术为解决不可逆容量损失、提高库仑效率提供了有效的解决方案。本文重点综述了高容量合金和转换反应负极材料首次不可逆容量形成的原因以及近年来预锂化技术的最新研究进展,预锂化技术主要包括物理混合、稳定的金属锂粉、电化学预锂化、接触短路反应、化学预锂化以及新发展的预锂化添加材料等,并进一步总结了预锂化在基于高容量硅基负极的锂离子电池以及锂硫电池中的应用。系统分析预锂化技术的最新进展可为其它储能系统(离子电容器、钠离子电池、钾离子电池、锂空气电池等)的进一步发展提供科学参考和理论指导。
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    尖晶石型氧化物催化剂与金属-空气电池
    陈 祥,雷凯翔,孙洪明,程方益,陈 军
    2017 (5):  904-923.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.00959
    摘要 ( 411 )   PDF(25613KB) ( 470 )  
    金属-空气电池具有高能量密度,是极具吸引力的电化学能量储存与转化器件,阴极反应动力学缓慢是制约其性能的关键因素之一,需要使用高效催化剂。本文简要介绍金属-空气电池的结构和工作原理,并综述近年来尖晶石型金属氧化物阴极催化剂的研究进展。
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    锌-空气电池空气电极研究进展
    许 可,王保国
    2017 (5):  924-940.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0073
    摘要 ( 626 )   PDF(20683KB) ( 564 )  
    电化学可充的锌-空气电池具有能量密度高、水系电解液安全、经济性强等特点,在电动汽车、便携式电源以及大型储能方面具有广阔应用前景,是发展绿色清洁能源的重要产业方向。但该电池的空气电极制备过程需要高性能催化剂和特殊的电极结构,这些问题严重制约了锌-空气电池的产业化进程。本文从催化剂开发和电极结构设计两个角度分析空气电极研究开发现状,并对今后催化剂及空气电极的发展趋势进行讨论。开发高活性、高稳定性、价格合理的双功能电催化剂,进行高度结构化的空气电极设计与制备工艺研究;发展适合于批量化制造的三电极结构的锌-空气电池是未来锌-空气电池的重要方向。
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    固态金属锂电池最新进展评述
    段 惠1,2,殷雅侠1,2,郭玉国1,2,万立骏1,2
    2017 (5):  941-951.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0087
    摘要 ( 1084 )   PDF(20938KB) ( 1272 )  
    金属锂以其高比容量和低电化学势被认为是理想的高能量密度负极材料。然而由于液态金属锂电池中金属锂不均匀沉积形成的锂枝晶易刺穿隔膜导致电池内部短路,存在严重的安全隐患,很大程度上限制了高能量密度金属锂电池的发展。用固态电解质取代液态电解液有望得到高能量密度、长循环寿命和高安全性的固态金属锂电池。如何提高固态电解质的本征特性,如离子电导率、机械强度、电化学窗口,更重要地,如何稳定固态电解质与电极的界面接触特性以及提高电极内部有效的锂离子和电子传输通道是固态电解质研发所面临的关键技术问题。多层结构的固态电解质将会结合不同类型电解质的优势,从而满足固态金属锂电池对固态电解质的诸多要求。
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    钛基层状材料在钠离子储能电池中的关键应用
    江克柱,郭少华,张雪苹,张晓禹,何 平,周豪慎
    2017 (5):  952-960.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0115
    摘要 ( 374 )   PDF(13634KB) ( 413 )  
    钠元素在地壳中储量丰富,价格低廉,并且具有和锂元素类似的物理化学性质,因而钠离子电池被认为是最有希望商业化的新型储能技术之一。然而,钠离子的半径和质量较大,极大地限制了钠离子的迁移和电化学反应,所以发展新型安全稳定储钠电极材料是提升钠离子电池性能和推动其商业化的关键。在众多的电极材料当中,钛基层状材料具有低价、安全和稳定的特点,是近年来钠离子电池的阴极和阳极材料研究的热点之一。因此,本文综述了钛基层状材料在钠离子电池中的研究现状,包括钛基层状材料作为阳极材料、阴极材料和双极材料等方面,并详细探讨和分析该材料所面临的主要科学问题,最后展望钛基层状材料的未来发展趋势。
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    钠离子固体电解质材料研究进展
    刘丽露1,戚兴国1,邵元骏1,潘 都1,2,白 莹2,胡勇胜1,李 泓1,陈立泉1
    2017 (5):  961-980.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0094
    摘要 ( 982 )   PDF(26379KB) ( 791 )  
    钠离子电池因为其资源丰富、低成本的优势,越来越受到研究人员的关注。国内外多家企业已经将钠离子电池列入了发展计划,其产业化近在咫尺。与已经商业化的锂离子电池一样,目前钠离子电池大部分使用的是有机液体电解液,在提供高离子电导率的同时,也存在着电解液易泄露、易燃烧等安全性问题。固态电池采用固体电解质代替传统的有机液体电解液,拥有安全性能好、能量密度高等优点,是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。在锂离子电池大力研究固态锂电池的同时,研究人员也在同步摸索着固态钠电池。钠电池的固体电解质材料主要有无机固体电解质Na-beta-Al2O3、NASICON型、硫化物、有机聚合物以及硼氢化物这几类。本文主要按照固体电解质类型评述了固体电解质材料的发展以及相应的固态钠电池研究进展。
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    液态金属电池研究进展
    黎朝晖1,2,朱方方1,李浩秒1,胡 林2,彭 勃3,李建颖2,何亚玲2,方 瑛2,郭姣姣3,张 坤3,王康丽1,蒋 凯1
    2017 (5):  981-989.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0122
    摘要 ( 605 )   PDF(12672KB) ( 401 )  
    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。
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    材料基因组技术在新能源材料领域应用进展
    林 海,郑家新,林 原,潘 锋
    2017 (5):  990-999.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0077
    摘要 ( 492 )   PDF(11436KB) ( 747 )  
    材料基因组融合了材料的高通量计算、高通量制备、高通量的检测及数据库系统,是材料研发的“范式革命”,以其深刻的科学内涵、重大的应用潜力,将加速新材料发现和应用。本文重点讨论材料基因组用于新能源材料的研发,来缩短新能源材料的“发现—研发—生产—应用”周期,介绍国际上代表性的Materials Project和OQMD两个材料基因组平台,及一些重要的材料基因组计算技术,如材料构象表征、高通量计算及筛选、机器学习、神经网络技术、优化算法和新型的高通量制备和表征技术等在新能源材料研发中的应用,并对下一步材料基因组的发展提出了展望,如通过发展高精度高通量计算、利用人工智能开发高通量实验系统和平台,产生材料大数据,并通过智能计算充分利用好材料大数据,打造计算与实验融合的材料基因组大数据人工智能系统,加速新能源材料的发现与应用。
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    锂浆料电池国际专利技术分析
    张 彬1, 2,陈永翀1,张艳萍1,冯彩梅1, 2,刘丹丹1,何颖源1, 2
    2017 (5):  1000-1007.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0085
    摘要 ( 403 )   PDF(7115KB) ( 527 )  
    锂浆料电池是一种低成本、可再生的新型电化学储能技术,在低速电动车和电力储能领域应用前景良好。本文从专利角度对锂浆料电池的发展趋势、地域布局、技术主题和重点申请人等方面进行分析,并对重点申请人在锂浆料电池的技术布局和专利竞争性方面进行了梳理,相关专利技术分析有助于推动该方向的技术研发和产业实施。
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    锂离子电池失效分析概述
    王其钰,王 朔,张杰男,郑杰允,禹习谦,李 泓
    2017 (5):  1008-1025.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.00022
    摘要 ( 1339 )   PDF(38291KB) ( 3760 )  
    商业化的锂离子电池在使用或储存过程中常出现某些失效现象,包括容量衰减、内阻增大、倍率性能降低、产气、漏液、短路、变形、热失控、析锂等,严重降低了锂离子电池的使用性能、一致性、可靠性、安全性。这些失效现象是由电池内部一系列复杂的化学和物理机制相互作用引起的。对失效现象的正确分析和理解对锂离子电池性能的提升和技术改进有着重要作用。锂离子电池失效分析是以电池的失效现象为起点,针对该现象选择适当的测试分析手段,设计合理、有效的失效分析流程,挖掘电池在材料制备和制造工艺层面上的失效主要原因,并能提供相关可靠有效的优化建议。本文综述了锂离子电池的失效现象及其失效机理、失效分析常见的测试分析方法、失效分析流程的设计,并列举了容量衰减、热失控和产气等方面相关分析案例进行说明。
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    锂硫电池的穿梭效应与抑制
    谷 穗,靳 俊,卢 洋,钱 荣,温兆银
    2017 (5):  1026-1040.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0106
    摘要 ( 1134 )   PDF(27070KB) ( 1287 )  
    锂硫电池因其超高的理论比容量(1675 mA•h/g)和能量密度(2600 W•h/kg),已成为目前锂电池研究的热点和重点。但是,锂硫电池的发展依然受到很多因素的制约。其中,穿梭效应是造成锂硫电池性能衰减的主要原因之一:一方面,大量中间产物多硫化锂溶解在电解液中以及不溶性产物Li2S2/Li2S沉积在负极上,降低了活性物质的利用率,造成电池容量衰减;另一方面,穿梭会导致充电时电池发生严重过充,降低库仑效率;此外,穿梭还会引起金属锂表面的腐蚀反应。本文介绍了锂硫电池的穿梭机理,从物理作用和化学作用两方面综述了近年来锂硫电池中抑制穿梭效应的研究进展,具体涉及正极、电解质、负极等关键材料的设计与优化,并着重介绍了物理作用抑制穿梭的进展情况,最后简要评述了锂硫电池的研究现状并对其未来进行了展望。
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于CO2转化的碳材料制备及其在超级电容器中的应用
    李 晨,张 熊,王 凯,孙现众,马衍伟
    2017 (5):  1041-1049.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0097
    摘要 ( 309 )   PDF(12677KB) ( 304 )  
    超级电容器是介于二次电池和传统电容器之间的新型能量存储器件,功率密度高、充放电效率高、循环寿命长且工作温度宽,具有广阔的市场前景。将CO2气体转化为各种碳材料是近年来逐渐成长的新方法,有望成为制备碳基能源材料的绿色技术路线。本文以高性能碳基电极材料的设计策略为切入点,梳理了各类基于CO2转化的碳材料制备技术的发展历程,包括直接燃烧法、高温镁热还原法和自蔓延高温合成法,并在此基础上深入讨论了基于CO2转化的碳材料在超级电容器中的应用,最后针对性地展望了CO2转化技术在碳材料制备及超级电容器构建中的发展方向。
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    液流电池技术的最新进展
    谢聪鑫1,2,郑 琼1, 李先锋1,3,张华民1,3
    2017 (5):  1050-1057.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0133
    摘要 ( 515 )   PDF(11553KB) ( 447 )  
    大功率、高容量储能技术是推进能源结构调整,普及应用风能、太阳能等可再生能源的关键技术。液流电池由于其能量、功率分开设计,安全性高,循环寿命长等特点已经成为大规模储能技术中最有前景的技术之一。然而,成本高以及能量密度低的问题制约了其进一步发展。本文首先介绍了已产业化应用的全钒液流电池的技术发展现状和展望。重点介绍了提高电极材料的电化学反应活性、降低电堆内阻是降低电池成本、提高可靠性的技术关键,总结和分析了国内外主要公司在全钒液流电池应用方面的发展情况。其次,对近年来广受关注的液流电池新体系,包括水系、非水系液流电池新体系的研究现状作了综述。重点分析了各体系的特点、存在的问题及挑战,提出了开发高可靠性、低成本液流电池新体系的基本技术要求,为高性能新体系的发展指明了方向。
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    储热材料研究现状及发展趋势
    冷光辉1,2,8,曹 惠1,彭 浩3,常 春4,熊亚选5,姜 竹1,丛 琳1,赵彦琦1,张 赣1,谯 耕6,张叶龙7,许 永7,赵伟杰7,丁玉龙
    2017 (5):  1058-1075.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.00094
    摘要 ( 529 )   PDF(19710KB) ( 379 )  
    储热材料的研究是当今世界研究的热点。本文综述了近几年关于显热储热材料,潜热储热材料,热化学储热材料的材料体系、制备技术及性能特点。对各种储热材料组成、结构、制备工艺、性能特点、存在的问题、应用前景及未来的发展趋势进行了分析讨论。每种储热材料都存在着各自的优点和不足,为了充分发挥材料的优点,尽量避免其缺点,采用制备复合材料的方法是储热材料研究和应用的重要趋势。目前对新型复合储热材料的制备方式主要有:① 物理和化学方法制备微/纳米胶囊相变材料;② 宏观包裹法;③ 混合烧结法制备定型复合相变材料;④ 吸附浸渍法制备复合相变材料等,本文对这些复合储热材料的研究和应用趋势进行了论述。
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    储能复合材料飞轮力学研究进展
    王 超1,戴兴建2,汪 勇2,李 玺1,钟国彬1
    2017 (5):  1076-1083.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0059
    摘要 ( 451 )   PDF(9168KB) ( 256 )  
    简要分析了飞轮储能的特点、应用领域及其关键技术,其中复合材料飞轮结构力学研究是提高飞轮能量密度的基础。在研究中,一般利用分析力学和有限元方法获得复合材料飞轮的应力、应变信息,运用强度准则判断其极限转速,确定工作转速下的应力状态。采用多环过盈装配、混杂纤维材料组合结构、纤维多向排布、缠绕以及机织叠层新结构设计,充分利用复合材料的可设计性来适应旋转结构的应力特征,从而提高储能密度。复合材料飞轮的储能量从早期的0.3~5 kW•h,发展到当今的30~130 kW•h,储能密度达到30~100 W•h/kg。合金钢飞轮材料费用估计700 $/kW•h,飞轮复合材料费用估计为3000 $/kW•h,复合材料飞轮的性价比离大规模储能应用还有相当的距离。
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    储能经济性研究进展
    刘 畅1,徐玉杰1,张 静2,胡 珊1,岳 芬2,丁 捷1,3,陈海生1,3
    2017 (5):  1084-1093.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0116
    摘要 ( 628 )   PDF(11330KB) ( 441 )  
    储能在常规电力系统、可再生能源发电、分布式发电与微网、辅助服务等领域具有不同的作用和价值,其收益模式和经济评价方法也不同。但国内外对储能技术经济研究尚属于初期阶段,未形成成熟的经济评价体系。本文综述了国内外储能经济性的研究现状,结合不同储能技术在电力系统中的应用,分析了储能在不同应用领域的价值收益模式,初步建立了储能在不同收益模式下的收益模型。同时,分析了目前储能经济性研究的几种主流方法及其优缺点,以及储能经济性研究的发展趋势。
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    高温处理对LiNO3-NaNO3-KNO3熔盐固相线温度的影响
    程晓敏1, 2,徐 凯1,朱 闯1,喻国铭2,刘 志2
    2017 (5):  1094-1098.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0039
    摘要 ( 474 )   PDF(4410KB) ( 307 )  
    本文采用静态熔融法制备了LiNO3-NaNO3-KNO3三元硝酸盐,并在520 ℃、680 ℃和720 ℃下对其进行了高温处理,研究了高温处理对其固相线温度的影响。采用差示扫描量热仪(DSC)和X射线衍射仪(XRD)对样品的热物性能和物相成分进行了表征。结果表明,在680 ℃下保温2 h的样品固相线温度最低,为63.0 ℃,其物相成分中出现了碱金属氧化物和亚硝酸盐。
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    用户侧热/电综合储能系统经济性建模与分析
    袁霜晨1,蔡声霞2,王守相1,黄碧斌3
    2017 (5):  1099-1104.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0082
    摘要 ( 515 )   PDF(6376KB) ( 327 )  
    随着智能电网的发展,用户的用能需求呈现多元化,对用户侧储能系统的经济性分析也需要考虑用户的多元用能需求。为此,考虑用户的热能需求,在用户侧引入热储能,与电储能一起构成热/电综合储能系统,并构建了其数学模型;然后,建立了该综合储能系统的经济模型,给出了其初始投资成本、年均成本和年收益的计算方法。算例部分通过对不含热储能的场景和考虑热储能的场景分析,比较了两者的经济性。结果表明,引入热储能系统虽然会提高初始投资成本和年运行成本,但也会提高整个储能系统的经济性,使储能系统的投资回报年限缩短,说明了在传统电储能系统引入热储能形成与热/电综合储能系统的必要性和有效性。
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    SiC特性分析仿真及其在移动储能电站的应用
    罗红斌,邓林旺,薛程升,李多辉,冯天宇,王 超,邹德天
    2017 (5):  1105-1113.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0137
    摘要 ( 253 )   PDF(6808KB) ( 427 )  
    以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体材料由于其禁带宽度大、击穿场强高、热导率高、电子饱和漂移速度高等特性,在光电子领域及高频大功率应用上倍受青睐。本文对比了SiC和Si的物理结构和电气特性,并选取了两款MOSFETs,在实验室中用Saber仿真了它们在电路中的损耗,结果显示SiC MOSFETs平均损耗比Si MOSFETs低30%~48%。最后,讨论了SiC器件在光电子、太阳能逆变器和移动储能电站中的应用,并且在实验室中测试、分析了两台来自不同厂家的样机,实验结果显示,SiC系统比Si系统运行温度降低50%~60%,损耗降低11%,整机效率提高2.68%,功率密度由约0.46 kW/L提高到0.90 kW/L。说明SiC能够大幅提升系统的效率和功率密度,因其巨大的潜力,未来有望将工作频率提升至500 kHz以上,将系统功率密度提升至现有产品的5~10倍。
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    热点点评
    锂电池百篇论文点评(2017.6.1—2017.7.31)
    陈宇阳,起文斌,金 周,张 华,詹元杰,武怿达,赵俊年,陈 彬,俞海龙,贲留斌,刘燕燕,黄学杰
    2017 (5):  1114-1127.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0141
    摘要 ( 382 )   PDF(14405KB) ( 618 )  
    该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,我们以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2017年6月1日至2017年7月31日上线的锂电池研究论文,共有1961篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了层状、尖晶石和磷酸盐正极材料的结构演变以及表面包覆和掺杂对它们的循环寿命和热稳定性的影响。高容量的硅、锡基负极材料侧重于研究材料合成和应用条件与循环性能的关系以及容量随循环损失的机理。金属锂负极的研究侧重于通过集流体和表面覆盖层的设计来提高其循环性能。固态电解质方面制备方法和界面修饰是研究重点,电解液添加剂的研究目标是提高电池的高温稳定性。锂空电池、锂硫电池侧重于改进电池的循环性能。理论模拟工作包括材料体相、界面结构和输运性质,除了以材料为主的研究之外,针对电池的原位分析的研究论文也有多篇。
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    超级电容器百篇论文点评(2016.10.1—2017.6.30)
    郑 超,陈雪丹,顾应展,吴奕环,丁 升,潘国林,周 洲,李林艳,刘秋香,于学文,陈 宽,袁 峻,杨 斌,乔志军,傅冠生,阮殿波
    2017 (5):  1128-1144.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0135
    摘要 ( 358 )   PDF(18158KB) ( 500 )  
    该文是一篇近九个月的超级电容器文献评述,我们以“supercapacitor”为关键词检索了Web of Science从2016年10月1日至2017年6月30日上线的超级电容器研究论文,共有1811篇,选取了其中100篇加以评论。双电层超级电容器主要研究了新型多孔碳材料、石墨烯等材料可控制备对其性能的影响。赝电容超级电容器的研究主要集中在金属氧化物复合材料、导电聚合物复合材料、杂质原子掺杂碳材料和新型赝电容材料等4个方面。混合型超级电容器包括水系混合型超级电容器和有机系混合型超级电容器两个方面的研究。
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    储能领域国家重点专项专栏
    “高比能量动力锂离子电池的研发与集成应用”项目介绍
    杨续来,陈厚梅,高二平
    2017 (5):  1145-1147.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.00030
    摘要 ( 350 )   PDF(2620KB) ( 624 )  
    2015年科技部组织编制了新能源汽车试点专项实施方案并与2016年11月12日发布了2016年项目指南,共支持19个项目,其中“1.2”为高比能量锂离子电池技术(重大共性关键技术类)研究。合肥国轩高科动力能源有限公司牵头申请的“高比能量动力锂离子电池的研发与集成应用”项目获得支持。本文介绍了“高比能量动力锂离子电池的研发与集成应用”项目的目的和意义,研究目标和研究内容,拟解决的关键科学与技术问题,研究团队与研究基础,研究挑战和项目预期效益。
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    研究及进展
    相变材料在动力电池热管理中的应用研究
    尤 若 波
    2017 (5):  1148-1157.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0038
    摘要 ( 543 )   PDF(15599KB) ( 398 )  
    相变控温技术是近年来开始研究的新型锂离子动力电池热管理方式。本工作采用SEM和DSC等分析了某商用石蜡/石墨复合固液相变材料的基本物性,确定该相变材料的相变温度在40℃左右,潜热约为160 J/g。对比了添加相变材料前后及不同厚度相变材料对电池组温升的影响,结果表明尽管相变材料会降低电池组的能量密度,但相变材料能有效控制电池的温升,因此在高功率动力电池应用上有很好的前景。最后,仿真设计表明,相变材料与液冷等冷却方式结合的复合控温策略是动力锂离子电池热管理的研究方向之一。
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