储能系统大容量锂离子电池材料性能研究与设计
发布时间：2020-12-21 13:39
随着当今社会和科技的发展,化石能源越来越匮乏,清洁可再生能源的开发利用得到极大的关注,水力发电、光伏发电、风力发电和核电等清洁能源发电成为分布式电网的重要组成部分。电力系统的负荷具有即时性,负荷峰谷差值也不断增大,电网需要调峰来满足用户的电力需求。锂离子电池以其输出电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电少和环境污染小等特点成为目前应用于消费电子、动力装置等领域最广泛的电源装置之一,在电力系统领域也展现了极高的应用价值。高能量密度和高循环效率锂离子电池的可靠安全性对其广泛应用具有重要意义。在锂电池热管理问题上,除了利用热传导来排除反应放热或环境传热外,还可以通过调整电极材料的热膨胀特性来调节电极材料的应力调节,降低由于普遍存在的严重热而产生的爆炸风险。具有负热膨胀（NTE）特性的材料可以有效减轻电极材料的应力,本文以负膨胀材料ZrV2O7和用Fe3+/Mo6+双离子取代ZrV2O7中Zr4+/V5+的Zr0.1Fe0.9V1.1Mo0.9O7材料作为锂离子电池的电极材料,对其电化学性能进行研究。（1）采用固相烧结法制备了ZrV2O7,采用简单快速的微波烧结法制备了ZrV2O7@C。研究发...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抽水蓄能电站原理图[13]
1绪论370―80%之间变化，通常大小为1000―1500MW[9]。抽水蓄能有响应较快、运行灵活，寿命长一般可达30年以上，运行和维护成本低等优点。Beevers等人[10]分析各种动态响应旁路布置，比较它们的容量灵活性和效率，此外，还制定了与PHESs变速运行不同等级对应的各种控制策略[11]。在电网调峰方面，抽水蓄能电站是非常成熟且规模化应用技术，但是受地形和水源等客观条件限制不适合大范围内推广。为了缓解PHES系统的环境问题，开发人员提出了解决环境影响的创新方法。VaselBeHagh等人[12]引入一种新的设计，它不需要高水箱塔或长管道，并且根据电力盈余在多种容量范围内具有可扩展的操作，该设计提供恒定压力和更快的排放，允许快速响应瞬时需求波动。图1-1抽水蓄能电站原理图[13]Fig1-1ChartofPumpedStoragePowerStation[13]图1-2压缩空气储能原理图[13]Fig1-2Acompactofcompressedairenergystorage[13]压缩空气储能在电网电量过剩时，压缩机消耗电能运行，空气被多级压缩并储存在地下洞室或废弃矿井等密封容器内；电网电量紧缺时，地下洞室或废弃矿井等密封容器内的压缩空气可以被释放，推动汽轮机发电。密封容器可以在盐或岩层中钻探，或者可
梢栽诮细叩南低吵杀鞠掳沧暗叵碌哪芪?指哐沽Φ?大型钢罐，如图1-2所示。压缩空气储能能源效率在一般为50%–70%之间变化，响应速度快且响应时间较长，寿命长一般可达30年以上。压缩空气储能受到地形地貌影响，对高压材料技术也有较高的要求，而且建设周期长、投资大不适合大范围内推广。广大学者研究开发种新型压缩空气储能系统解决因地貌、高压材料技术等造成的困难，2009年中国科学院工程热物理研究所提出一种新型超临界压缩空气储能系统，示范系统已研制成功[14]，系统效率高于传统压缩空气储能系统，也已实现产业化。图1-3飞轮储能系统结构[15]Fig1-3Structureofflywheelenergystoragesystem[15]飞轮储能又称动能储能，如图1-3所示[15]，是一种机械储能形式，把电能转换成飞轮旋转的动能存储。在电网负荷处于小负荷时期，电能作用于电动机带动飞轮旋转并达到一定速度，将电能转换为飞轮的动能；在电网负荷处于大负荷时期，旋转飞轮释放动能作用于发电机，将飞轮的动能转换为电能，并入电网。飞轮储能可以单台运行，也可以多台并联在一起运行，设计比较大的存储容量。由于飞轮的能量与速度的平方成正比，而与质量成线性关系，因此在飞轮中实现高转速和高功率密度是理想的。飞轮储能关键技术是系统工程和材料科学[16]，许多研究集中在转子材料和设计上，钢、钛合金和复合材料等用于飞轮转子和包含它的外壳，现在可以达到10000转/分的转速[17]。飞轮储能具有循环寿命长、功率密度大、转换效率高、响应速度快和维护简单等特点，但持续放电时间短，待机时需要电能持续输入弥补摩擦损耗造成机械能。2015年清华大学课题组用二维纺织碳纤维复合材料设计飞轮，极限实现飞轮速度达876m/s[15]。1.2.2电磁储能超级电容器又称为电化学电容器，具有很高?
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁掺杂尖晶石型LiMn2O4正极材料的研究进展[J]. 罗学英,卢瑶,刘晓芳,郭俊明,向明武. 电源技术. 2019(11)
[2]PANI包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能[J]. 万柳,郭隆泉,任丽. 电池. 2019(05)
[3]高安全电解液改善锰酸锂电池高温循环性能[J]. 周敏,雷镕源,刘学清,刘继延,刘志宏. 电源技术. 2019(09)
[4]碳包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的制备及其性能研究[J]. 丛霄,沈鸿烈,李玉芳,金莎莎. 电源技术. 2019(08)
[5]掺杂Eu对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构及电化学性能的影响[J]. 孙杰,赵麦群,范鹏,何桥鹏,郭少华. 电源技术. 2019(06)
[6]储能技术在电力调峰领域中的应用[J]. 李章溢,房凯,刘强,修晓青,肖海伟. 电器与能效管理技术. 2019(10)
[7]能源革命中的物理储能技术[J]. 陈海生,凌浩恕,徐玉杰. 中国科学院院刊. 2019(04)
[8]能源革命中的电化学储能技术[J]. 李先锋,张洪章,郑琼,阎景旺,郭玉国,胡勇胜. 中国科学院院刊. 2019(04)
[9]锂离子电池电解液的安全性研究进展[J]. 张小颂,夏永高. 储能科学与技术. 2018(06)
[10]锂离子电池全生命周期安全性演变研究进展[J]. 任东生,冯旭宁,韩雪冰,卢兰光,欧阳明高. 储能科学与技术. 2018(06)
硕士论文
[1]高性能三元正极材料用于锂离子电池的研究[D]. 陈安勇.青岛科技大学 2019
[2]ZrV2-xPxO7系列负热膨胀材料的介电与电导性能研究[D]. 石业平.郑州大学 2019
[3]后备铅酸蓄电池在线诊断与活化技术的研究[D]. 于雷.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：2929921
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抽水蓄能电站原理图[13]
1绪论370―80%之间变化，通常大小为1000―1500MW[9]。抽水蓄能有响应较快、运行灵活，寿命长一般可达30年以上，运行和维护成本低等优点。Beevers等人[10]分析各种动态响应旁路布置，比较它们的容量灵活性和效率，此外，还制定了与PHESs变速运行不同等级对应的各种控制策略[11]。在电网调峰方面，抽水蓄能电站是非常成熟且规模化应用技术，但是受地形和水源等客观条件限制不适合大范围内推广。为了缓解PHES系统的环境问题，开发人员提出了解决环境影响的创新方法。VaselBeHagh等人[12]引入一种新的设计，它不需要高水箱塔或长管道，并且根据电力盈余在多种容量范围内具有可扩展的操作，该设计提供恒定压力和更快的排放，允许快速响应瞬时需求波动。图1-1抽水蓄能电站原理图[13]Fig1-1ChartofPumpedStoragePowerStation[13]图1-2压缩空气储能原理图[13]Fig1-2Acompactofcompressedairenergystorage[13]压缩空气储能在电网电量过剩时，压缩机消耗电能运行，空气被多级压缩并储存在地下洞室或废弃矿井等密封容器内；电网电量紧缺时，地下洞室或废弃矿井等密封容器内的压缩空气可以被释放，推动汽轮机发电。密封容器可以在盐或岩层中钻探，或者可
梢栽诮细叩南低吵杀鞠掳沧暗叵碌哪芪?指哐沽Φ?大型钢罐，如图1-2所示。压缩空气储能能源效率在一般为50%–70%之间变化，响应速度快且响应时间较长，寿命长一般可达30年以上。压缩空气储能受到地形地貌影响，对高压材料技术也有较高的要求，而且建设周期长、投资大不适合大范围内推广。广大学者研究开发种新型压缩空气储能系统解决因地貌、高压材料技术等造成的困难，2009年中国科学院工程热物理研究所提出一种新型超临界压缩空气储能系统，示范系统已研制成功[14]，系统效率高于传统压缩空气储能系统，也已实现产业化。图1-3飞轮储能系统结构[15]Fig1-3Structureofflywheelenergystoragesystem[15]飞轮储能又称动能储能，如图1-3所示[15]，是一种机械储能形式，把电能转换成飞轮旋转的动能存储。在电网负荷处于小负荷时期，电能作用于电动机带动飞轮旋转并达到一定速度，将电能转换为飞轮的动能；在电网负荷处于大负荷时期，旋转飞轮释放动能作用于发电机，将飞轮的动能转换为电能，并入电网。飞轮储能可以单台运行，也可以多台并联在一起运行，设计比较大的存储容量。由于飞轮的能量与速度的平方成正比，而与质量成线性关系，因此在飞轮中实现高转速和高功率密度是理想的。飞轮储能关键技术是系统工程和材料科学[16]，许多研究集中在转子材料和设计上，钢、钛合金和复合材料等用于飞轮转子和包含它的外壳，现在可以达到10000转/分的转速[17]。飞轮储能具有循环寿命长、功率密度大、转换效率高、响应速度快和维护简单等特点，但持续放电时间短，待机时需要电能持续输入弥补摩擦损耗造成机械能。2015年清华大学课题组用二维纺织碳纤维复合材料设计飞轮，极限实现飞轮速度达876m/s[15]。1.2.2电磁储能超级电容器又称为电化学电容器，具有很高?
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁掺杂尖晶石型LiMn2O4正极材料的研究进展[J]. 罗学英,卢瑶,刘晓芳,郭俊明,向明武. 电源技术. 2019(11)
[2]PANI包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能[J]. 万柳,郭隆泉,任丽. 电池. 2019(05)
[3]高安全电解液改善锰酸锂电池高温循环性能[J]. 周敏,雷镕源,刘学清,刘继延,刘志宏. 电源技术. 2019(09)
[4]碳包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的制备及其性能研究[J]. 丛霄,沈鸿烈,李玉芳,金莎莎. 电源技术. 2019(08)
[5]掺杂Eu对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构及电化学性能的影响[J]. 孙杰,赵麦群,范鹏,何桥鹏,郭少华. 电源技术. 2019(06)
[6]储能技术在电力调峰领域中的应用[J]. 李章溢,房凯,刘强,修晓青,肖海伟. 电器与能效管理技术. 2019(10)
[7]能源革命中的物理储能技术[J]. 陈海生,凌浩恕,徐玉杰. 中国科学院院刊. 2019(04)
[8]能源革命中的电化学储能技术[J]. 李先锋,张洪章,郑琼,阎景旺,郭玉国,胡勇胜. 中国科学院院刊. 2019(04)
[9]锂离子电池电解液的安全性研究进展[J]. 张小颂,夏永高. 储能科学与技术. 2018(06)
[10]锂离子电池全生命周期安全性演变研究进展[J]. 任东生,冯旭宁,韩雪冰,卢兰光,欧阳明高. 储能科学与技术. 2018(06)
硕士论文
[1]高性能三元正极材料用于锂离子电池的研究[D]. 陈安勇.青岛科技大学 2019
[2]ZrV2-xPxO7系列负热膨胀材料的介电与电导性能研究[D]. 石业平.郑州大学 2019
[3]后备铅酸蓄电池在线诊断与活化技术的研究[D]. 于雷.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：2929921
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