高效能液流储能电池新体系探索研究年度报告

我国能源安全和环境污染形势严峻,需要加快可再生能源发展,必须解决高效规模储能技术才能实现稳定供电。液流电池是规模蓄电的首选电源,在电网调峰、可再生能源发电的储能等方面具有巨大的应用前景,其开发对于可再生能源高效利用具有重要的现实意义。为弥补全钒液流电池体系面临的难题,该研究致力于研发液流电池新体系。该年度研究了全铅液流电池、锌镍单液流电池、锌溴液流电池及其材料性能,初步获得了液流电池新体系的设计规律。锌镍液流电池,研究了锌电极特性、正极衰减特性和电池模拟,研制了200Ah的电池单体,组成了38 V200 Ah和38 V600 Ah电池系统,充放电能量效率分别达到79%和74%以上(约1/3C)。研究了倍率性能提升方法,80 m A/cm~2电流密度下能量效率可到80%。研究了锌溴液流电池结构和性能,验证了1 k W/2 k W·h电池系统,充放电能量效率达到75%(约20 m A/cm~2)。研究了HBF4体系全铅液流电池性能,采用亚氧化钛、Ta C等改进了正极,循环稳定性得到提高。申请了10项专利,发表了6篇文章。该研究基本完成了预期计划内容,获得了重要的阶段性结果,为后续的研究推进和成果产出打下了较好基础。     

含溴组份在阳离子交换膜中的扩散

本文就含溴组份在锌—溴电池所用全氟膜内的扩散进行了分析、研究。数学模型及平衡计算表明。B_r~-3为主要的扩散组份。通过测溴浓差电池的电势衰减速率,确定得扩散系数为10~(-8)cm~2/s级。本文指出了降低电池自放电速率应采取的措施,对锌—溴电池的设计和操作都具实际意义。     

水系锌离子电池：金属锌负极研究进展

水系锌离子电池具有能量密度高、成本低、安全环保等优点,是一种很有前景的电化学储能系统.然而,水系锌离子电池在反应过程中,锌负极会形成锌枝晶易于刺穿隔膜,导致电池短路;同时,也会钝化生成不可逆产物,导致了电池差的循环稳定性和低的库仑效率.针对以上问题,本文详细地总结和讨论了当前锌负极的优化策略,主要包括电解液添加剂、基底效应、引入保护层以及锌负极的结构设计等,并对未来高性能锌离子电池的发展前景进行了展望.     

基于LTC6802的电动汽车电池管理系统均衡控制及硬件设计

设计了一种基于MC56F8367和LTC6802芯片为核心的电池管理系统,给出了系统的硬件设计,其中包括:电压采集,电流采集以及通信电路等,提高了电池电压电流检测精度,缩短检测时间,并设计双向分流均衡电路和过充过放保护电路,提高了电池管理系统数据采集的精度以及系统运行的稳定性.     

一种微型锌/空气电池的开发

针对微型自治系统的应用要求,提出了一种具有层状锌电极/碱性电解液/空气阴极结构的微型平板锌空气电池.设计了一种具有高密度微小柱体结构的三维锌电极来获得高空隙率,从而提供最佳的性能.针对所开发的微型电池,根据锌在电解液中的电化学反应原理和电池中的传质过程,综合考虑了质量和电荷守恒定律、液相中的欧姆定律、固相中的电流传输(Buter-Volmer方程),以及锌分解的析出/分解速率和动力学速率,建立了理论模型,在此基础上模拟并讨论了微型电池的性能.采用四掩模工艺制造了原型微型电池.初步试验结果表明,这种微型电池能够提供的最大功率为5 mW,在2 h内可以稳定提供的平均功率为100ìW.尽管这种微型电池的制造工艺仍然有待进一步优化,但是初步的试验结果已经表明,电池的结构设计和计算机建模结果是令人满意的,这种锌空气电池的概念用于微型自治系统是可行的.     

光增强型可充电锌–空气电池双功能催化剂研究进展

随着全球工业不断发展,对可再生能源加大投入是解决目前化石燃料消耗和环境污染严重等问题的重要举措.光增强型可充电锌–空气电池可充分地将自然界多余的太阳能转化为电能并储存,从而提高能源利用率和光电转换效率,且其供电不受天气变化等自然因素的制约.催化剂作为电极的重要组成部分,对锌–空气电池的性能发挥重要作用.首先介绍了光增强型可充电锌–空气电池的工作原理,在此基础上重点就光/电催化剂的制备方法、性能调控以及双功能特性在可充电锌–空气电池中的研究和应用等进行了概述,最后就该领域今后的研究机遇和面临的挑战进行了总结.     

一种应用于电动汽车的复合电池能源模块

就目前现有的电动汽车电池能源模块无法满足车辆实际性能需求的问题,提出了一种全新的电动车用电池能源模块,该模块是由锂离子电池与锌空气燃料电池进行配合组成的.首先分析了全球各个汽车企业就目前车用能源日趋紧张问题所提出的不同解决方案,指出了电动汽车发展前景乐观;其次,分析了应用于纯电动汽车的电池能源模块存在的瓶颈,提出了一个全新的电动车用电池能源模块的构想;然后,对该动力电池能源模块的优势进行分析,指出了该模块未来应用于电动汽车上的可行性;最后,就下一步开发该模块所要做的具体工作进行了介绍.     

可充电水系锌离子电池无机非金属涂层研究进展

介绍了可充电水系锌离子电池(ZIBs)作为一种新兴电池储能技术,其高安全性、高能量密度和低成本等优势,以及当前制约锌离子电池发展的问题.并且从高性能锌阳极的设计出发,分析了无机非金属涂层抑制锌枝晶生长的作用机理.根据不同的涂层材料,综述了无机非金属材料涂覆锌阳极的研究进展.     

太阳能智能草坪灯的设计

该文研究了一款基于太阳能发电技术与模糊控制算法的太阳能草坪灯控制系统,阐述了系统的工作原理并详细介绍了系统的硬件结构与软件设计.此系统采用太阳能电池作为能源,利用传感器采集周围环境信息,单片机通过模糊算法分析环境信息控制草坪灯的开闭以及亮度调节.主要讨论了太阳能充电部分的管理电路原理与系统决策中的模糊控制算法.为太阳能草坪灯的设计提供了一种新方案,同时为路灯控制系统提供了思路.     

零能耗建筑或将成为可能

正长久以来,"零能耗"建筑的发展一直受困于两个难题:薄膜太阳能电池的高成本以及电池板原料的稀有『生和高毒性。近日,澳大利亚新南威尔士大学光伏与可再生能源工程学院的科研团队研制出一种廉价、无毒且柔韧性强的薄膜太阳能电池。这种名为CZTS的太阳能电池可依附于玻璃、墙面、屋顶等位置;其电池板利用薄膜芯片技术,而芯片材料则来自地壳中富含的铜、锌、锡和硫元素(CZTS即为这4种元素英文名称首字母的缩