−1 ) 被称为储能系统的“圣杯”,如果能够实现实用装置,它将取代锂离子电池成为下一代高容量电池。然而,只有少数研究关注电池在环境空气中的性能和反应,这是推动 LAB 实际应用的一大障碍。在这里,我们总结了 LAB 的最新研究进展,特别是关于锂金属负极的研究进展。详细讨论了锂金属负极在环境空气下的化学和电化学劣化,包括充放电过程中涉及正极和电解液的寄生反应。我们还提供了保护锂金属负极的稳定性观点,并提出了实现高性能 LAB 的设计原则。
摘要:介电陶瓷电容器具有功率密度高、充放电速度快、耐疲劳性能好、高温稳定性好等优点,被认为是全固态脉冲功率系统的有前途的材料。本文从化学改性、宏微观结构设计和电性能优化的角度研究了线性介电体、弛豫铁电体和反铁电体的储能性能,总结了铅基和/或无铅体系陶瓷块体和薄膜的研究进展。最后,提出了未来脉冲功率电容器储能陶瓷的发展前景。关键词:储能陶瓷;介电体;弛豫铁电体;反铁电体;脉冲功率电容器
锂硫电池 (LSB) 是后 LIBs 技术最有前途的候选者之一。[10–12] 在 LSB 中,通过硫和锂之间的多电子反应可实现 1675 mAh g −1 的理论容量。放电过程中会出现两个不同的电压平台。在较高的电压平台(约 2.3 V)下,S 的最稳定的同素异形体 S 8 的环状结构被破坏,形成长链多硫化锂;一开始是 Li 2 S 8 ,然后进一步还原为 Li 2 S 6 和 Li 2 S 4 。在较低的电压平台(约 2.1 V),长链多硫化锂进一步还原为 Li 2 S 2 和 Li 2 S。[13,14] 除了理论容量高之外,地球上 S 的储量丰富、价格低廉以及环境友好等特性使得 LSB 比 LIB 更便宜。然而,LSB 的工业化进程中仍存在一些障碍。[15,16] 首先,S 和放电产物 Li 2 S 本质上都是绝缘的(≈ 5 × 10 − 30 S cm − 1)。电极材料的低电导率会影响电池的电化学性能,尤其是在高电流密度下。其次,充放电过程中体积变化大会导致安全性和稳定性问题。由于 S 和 Li 2 S 的密度差异,当 S 转移到 Li 2 S 时,体积变化将高达 75%。最后,臭名昭著的穿梭效应会进一步导致性能下降。充放电过程中形成的多硫化锂可溶于电解液。这些中间体在正极和负极之间穿梭,并通过公式(1)和(2)所示的化学反应或电化学反应与电极材料发生反应,导致锂负极的消耗和“死”硫的形成,最终导致库仑效率和稳定性降低。
当今,由于能源消费需求的增加,世界面临着环境污染和能源短缺的巨大问题。通过持续依赖传统化石燃料来满足能源需求已大大减少了能源来源(González et al.,2016)。通过适当利用地热能、风能、太阳能和海洋能等清洁和可再生能源,可以很好地解决这些问题,但需要可行的地理分布以及可靠、耐用、高效且具有成本效益的能源存储技术(Xu et al.,2019)。在这方面,电池被视为电源和储能系统的有前途的替代品。电池虽然具有良好的能量能力,但也存在一系列缺点,例如不可逆化学反应缓慢、比功率低、循环性能差、充放电倍率能力差(González et al.,2016;Muzaffiar et al.,2019;Yu and Feng,2019)。对于灵活、可穿戴的医疗保健和便携式电子设备,超级电容器已成为一种优越的替代品,与电池相比,相同体积下具有从一百到数千的增强能量存储能力(Lee et al.,2013;González et al.,2016)。虽然超级电容器的功率输出相对较低,但比传统电解电容器具有更高的比能量。超级电容器正在弥合电解电容器和电池的性能差距。超级电容器具有长时间充放电循环稳定性,可以承受数百万次循环,保持良好的库仑效率,性能不会下降太多(González et al.,2016;Cheng et al.,2018;Muzaffiar et al.,2019;Yu and Feng,2019)。
摘要:锂离子电池是一种绿色环保的储能元件,因其能量密度高、循环性能好而成为储能的首选。锂离子电池在充放电循环过程中会发生不可逆过程,造成电池容量的不断衰减,最终导致电池失效,准确的剩余使用寿命(RUL)预测技术对储能元件的安全使用和维护具有重要意义。本文综述了国内外储能元件RUL预测方法的研究进展。首先明确储能元件的失效机理,然后总结以锂离子电池为代表的储能元件RUL预测方法;其次,分析了基于卡尔曼滤波和粒子滤波的数据-模型融合方法在锂离子电池RUL预测中的应用,并讨论了储能元件RUL预测面临的问题及未来的研究展望。
大量研究证实,LIC兼具锂离子电池和超级电容器的储能机制优势,被认为是最有前途的储能装置之一。6,7 LIC的储能过程包括电容性正极的离子吸收/解吸和电池性负极的Li +嵌入/脱嵌过程。两种电极工作电压范围的差异有效拓展了LIC的电位窗口,有利于提高能量密度。8 – 10然而,LIC电容性正极和电池性负极之间的动力学不平衡导致其在大电流充放电下性能显著下降。11,12因此,开发具有快速Li +的电池性负极材料十分必要。
将平衡的CO 2 排放与储能技术相结合是缓解CO 2 排放造成的全球变暖、满足日益增长的能源供应需求的有效途径。锂-二氧化碳电化学体系因其有前景的储能和二氧化碳捕获策略而备受关注。然而,该系统仍处于发展的早期阶段,面临着巨大的挑战,因为二氧化碳电化学反应动力学缓慢而导致的诸多问题。本综述在介绍锂-二氧化碳电池充放电反应机理的同时,系统地介绍了电池正极材料和电解质组成的最新发展及其对电化学性能的影响,旨在为开发高性能、实用的先进锂-二氧化碳电池提供有益的指导。
摘要 超级电容器越来越多地用作储能元件。与电池不同,它们的充电状态对正常工作时的电压有相当大的影响,使它们能够从零工作到最大电压。在本文中,根据这些设备的工作电压,对其能效进行了理论和实践分析。为此,对几个超级电容器进行了充电和放电循环,直到电流和电压的测量值稳定下来。此时计算了它们的能量效率。这些充放电循环是在以下情况下进行的:i)充电和放电之间不休息;ii)两个阶段之间休息几分钟。利用从测试中获得的信息,绘制了能量效率与最小和最大工作电压的关系图。通过查阅数据和图表,可以获得优化这些设备能效的理想工作电压。
摘要:抽水蓄能(PHES)是解决间歇性可再生能源、支撑电网稳定发电的储能系统之一,全球约95%的储能系统装机容量由抽水蓄能系统贡献。本研究采用生命周期评估(LCA)方法分析抽水蓄能系统建设和运营阶段的环境影响,以抽水蓄能系统向电网输送1MWh电能为功能单位。研究结果表明:抽水蓄能系统的电力结构和充放电造成的电量损耗是主要的环境负担贡献者,贡献了总环境排放的80%~99%。建设阶段的环境影响主要源于混凝土、钢筋和水泥的使用。未来随着电网结构中可再生能源占比的提高,抽水蓄能系统造成的环境影响将相应减小。
因此,为实现建筑微电网的高效、经济运行,提出了一种考虑虚拟储能的建筑微电网规划与运行多目标优化新方法。首先,基于建筑自身的储热特性,建立建筑微电网虚拟储能模型。其次,以投资成本和综合运行效益为目标,以冷、热、电平衡为约束,构建考虑虚拟储能的建筑微电网多目标优化模型。最后,在原有灰狼群算法的基础上,引入小生境处理机制和灰色加权关联法,对建筑微电网配置与运行进行优化。对于典型的夏季和冬季建筑微电网,仿真结果表明,所提出的方法通过虚拟能量充放电管理提高了建筑微电网系统规划及其运行的整体经济性以及用户体验。