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“储能材料与技术”专栏

来源：煤炭学报

专题来自于《煤炭学报》2022年第9期。

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新能源

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  • 《煤炭学报》2022年第9期封面

    作者(Author)： 《煤炭学报》

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    煤炭学报
    2022年第09期
    142
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  • 《煤炭学报》2022年第9期目次

    作者(Author)： 《煤炭学报》

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    煤炭学报
    2022年第09期
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  • 多孔炭基定形相变储热材料的研究进展

    作者(Author)： 冯利利, 侯玉星, 余润翔, 赵蕾, 刘一曼

    摘要：储能技术可以解决能源供需在时空上不匹配的矛盾，从而提高能源利用效率。 相变储热是 一种极具潜力的储能技术，广泛应用于太阳能、节能建筑、工业余废热回收和热管理系统，其储热介 质为相变材料，具有潜热大、相变温度恒定等优点，可实现储热与控温双重目的。 固-液相变材料 是研究较多的一类相变材料，具有储能密度高、相变温度可调、化学性质稳定、价格低廉等优点，但 存在相变泄漏、热导率低等问题，一定程度上阻碍了其应用，将多孔材料引入固-液相变材料构筑 定形相变材料可以解决上述问题。 特别是，以多孔炭作为定形基体制备的定形相变材料机械强度 增强，导热率显著提升，封装性和稳定性优良。 对多孔炭基定形相变材料的研究进展进行了系统总 结，分析了膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯氧化物、生物炭等多孔碳材料的孔结构、表面改性、质量分 数、分子间作用力等因素对定形相变材料定形能力、热性能和相变行为的影响，讨论了其他多孔碳 基体如活性炭、泡沫炭、氮化碳制备的定形相变储热材料的性能，概述了多孔碳基定形相变材料的 应用研究现状。 最后，通过对比不同种类多孔碳基体制备的定形相变材料的主要性能及所呈现出 的不同优势，提出应用时的材料选择建议，并对未来的研究方向进行了展望。
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    煤炭学报
    2022年第09期
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  • 中低温固体氧化物燃料电池阴极界面改性研究进展

    作者(Author)： 郑紫微, 胡亮, 杨志宾, 雷泽, 葛奔, 彭苏萍

    摘要：在碳达峰、碳中和目标下，我国迫切需要提高煤炭的利用效率，降低 CO2 排放。 固体氧化物 燃料电池(SOFC) 是一种将碳氢燃料的化学能直接转换为电能的高效、环境友好的电化学转化装 置。 传统 SOFC 运行温度较高(800~1 000 °C)，长期高温运行会导致系统成本过高，关键材料性能 衰减，以及组件间元素的互扩散、 相反应等诸多问题。 发展中低温 SOFC 已经成为未来 SOFC 技术 发展的必然选择。 然而，低温下，阴极缓慢的氧还原反应(ORR)动力学和不稳定性是制约 SOFC 技 术发展的主要挑战。 近年来，阴极界面改性作为一种提高中低温 SOFC 性能的有效策略得到广泛 研究。 通过设计不同的改性界面，可以显著加速阴极 ORR 动力学，有效地拓展阴极三相界面，提高 阴极电催化活性，进而提高电池电化学性能;同时有效限制阴极颗粒长大，减少二次相生成，提高电 池寿命。 综述了界面改性的结构种类和特征(复合结构，膜状界面结构，骨架/ 表面涂覆结构)，详 细介绍了原子层沉积、脉冲激光沉积、湿法浸渍 3 种阴极界面改性技术，以及阴极界面改性对氧离 子输运、氧还原反应活性以及稳定性的影响。 最后，讨论了目前阴极界面改性技术存在的问题与挑 战，以及克服这些问题的可能策略，为中低温 SOFC 阴极材料和结构的合理设计提供指导，为 SOFC 的实际应用奠定基础。
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    煤炭学报
    2022年第09期
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  • 水系锌离子电池正极材料研究现状与展望

    作者(Author)： 杨文博, 谢孝坤, 武睿, 田函, 王晓东, 汤文皞, 邓亦锐, 刘瑞平

    摘要：现代社会中生产生活的能源消耗量日益增加，随着“ 碳中和” 等政策的实施，新能源的开发和 利用成为新的发展方向。 风能、太阳能等新能源由于功率不稳定大大限制了其应用，而如何合理的储 存与分配能源成为广泛关注的问题。 现阶段的大规模储能方式仍然停留在储能水电站这样用水的势 能存储能量，这种方式对地域限制严格，占地面积大且能量转换率低，不适合进行大面积推广应用。 电池能量转化率高、不受地域的限制，是合适的储能方式，但成本过高、安全性差。 水系锌离子电 池( AZIBs) 由正极材料、水系电解液和锌金属负极等部分组成，相较于其他电池有着使用安全、价格低 的优点，成为未来电站级储能的潜在方式。 但正极材料容量开发不足、循环稳定性差，与理论容量仍 然存在不小的差距，成为了水系锌离子电池应用的制约因素之一。 首先介绍了现阶段水系锌离子电 池正极材料的储能机制，然后总结了常见正极材料(MnO2，V2O5 和 VO2 等)存在的问题、解决策略以 及目前的研究进展，分析了不同条件下正极材料的性能变化，最后通过对比研究其电化学性能，从机 制探究、提高导电率、制备新型正极材料、采用缺陷工程以及电解质改性等 5 个方面提出了多种可能 的优化策略以及未来的研究方向，为正极材料的优化提供了基础。
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    煤炭学报
    2022年第09期
    274
    550
  • 千瓦级交错流 SOFC 电池堆多物理场分布特性与性能

    作者(Author)： 熊星宇, 宋中辉, 梁考, 武鑫, 巴黎明, 彭苏萍

    摘要：固体氧化物燃料电池通常运行在 700 °C 以上的高温环境中，大型电池堆的实验研究成本 高，且难以对电池堆内部运行状态进行测量，数值模拟成为探究其内部气-热-电分布特性的重要 研究手段。 由于固体氧化物燃料电池内部存在化学反应、电化学反应和传热、传质等多种物理场的 相互耦合，针对常规多物理场全耦合模型难以对大型电池堆进行仿真计算的问题，提出了一种基于 BP 神经网络的多物理场解耦模型，并对千瓦级交错流固体氧化物电池堆的流场、温度场分布特性 和 I-V 性能进行了模拟计算。 研究结果表明:通过增大燃料进气流量和运行温度可提高电池堆输 出功率，但前者影响电池堆燃料利用率和发电效率，后者导致电池堆内部的热应力增大，有密封失 效和结构损坏的风险。 合理选择燃料气流道高度和配气腔容积能够对燃料流量均匀性具有显著影 响。 计算结果显示，当燃料气流道高度从 0.5 mm 降至 0.3 mm 时，电池堆在燃料流量均匀性提升 2%的情况下最大温度差降低了 17%，表明较好的燃料流量均匀性能较大程度的改善电池堆内部温 度场分布，降低电池堆最大温度和热应力。 通过与自研的千瓦级电池堆实验结果对比，表明该多物 理场解耦研究方法能够很好的应用于大型电池堆的模拟计算。
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    煤炭学报
    2022年第09期
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