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Suppress oxygen evolution of lithium-rich manganese-based cathode materials via an integrated strategy

Green Energy & Environment 2024年第1期9卷 138-151页

作者： Wenhua Yu Yanyan Wang Aimin Wu aikui li Zhiwen Qiu Xufeng Dong Chuang Dong Hao Huang Key Laboratory of Energy Materials and Devices(liaoning Province) School of Materials Science and EngineeringDalian University of TechnologyDalian116024Liaoning ProvinceChina Dalian Engineering Research Center for New Electric Power Systerms School of Electrical EngineeringDalian University of TechnologyDalian116024Liaoning ProvinceChina

Improving the reversibility of anionic redox and inhibiting irreversible oxygen evolution are the main challenges in the application of high reversible capacity li-rich Mn-based cathode materials.A facile synchronous lithiation strategy combining the advantages of yttrium doping and liYO_(2) surface coating is *** doping effectively suppresses the oxygen evolution during the delithiation process by increasing the energy barrier of oxygen evolution reaction through strong Y–O bond ***_(2) nanocoating has the function of structural constraint and protection,that protecting the lattice oxygen exposed to the surface,thus avoiding irreversible *** an li^(+) conductor,liYO_(2) nano-coating can provide a fast li^(+) transfer channel,which enables the sample to have excellent rate *** synergistic effect of Y doping and nano-liYO_(2) coating integration suppresses the oxygen release from the surface,accelerates the diffusion of li^(+)from electrolyte to electrode and decreases the interfacial side reactions,enabling the lithium ion batteries to obtain good electrochemical *** lithium-ion full cell employing the Y-1 sample(cathode)and commercial graphite(anode)exhibit an excellent specific energy density of 442.9 Wh kg^(-1) at a current density of 0.1C,with very stable safety performance,which can be used in a wide temperature range(60 to-15℃)stable *** result illustrates a new integration strategy for advanced cathode materials to achieve high specific energy density.

关键词： lithium-rich manganese-based cathodes lithium ion batteries Oxygen redox Oxygen evolution Integrated strategy

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全钒液流电池电堆的均一性

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化工进展 2017年第2期36卷 519-524页

作者：刘纳李爱魁国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司湖北武汉430074

全钒液流电池电堆的均一性直接影响到其寿命。本文从流道结构、运行参数等方面,系统探讨了影响全钒液流电池电堆均一性的各种因素。通过优化管路结构和液流框结构,提高了电堆的均一性,随支管管径不断减小,当主管与支管管径由4∶3减小到4... 详细信息

全钒液流电池电堆的均一性直接影响到其寿命。本文从流道结构、运行参数等方面,系统探讨了影响全钒液流电池电堆均一性的各种因素。通过优化管路结构和液流框结构,提高了电堆的均一性,随支管管径不断减小,当主管与支管管径由4∶3减小到4∶1时,电堆进液流量标准偏差由0.039m/s降到0.001m/s,电堆进液流速均一性得到改善;通过优化液流框结构,使电堆单体电池电解液流量标准偏差由0.142m/s降到0.032m/s,改善了电堆单体电池均一性。电解液流量、充放电电流密度等运行参数影响全钒液流电池电堆均一性,对其进行了实验与分析,结果表明:电堆电压标准偏差随充放电电流增大而线性增大,其斜率与截距均与电解液性质、电极材料性质及表面结构等因素有关;电堆电压标准偏差随电解液流速的增大而减小,且在超过一定流量后不再变化,为全钒液流电池材料选型优化、结构优化及运行提供技术支撑。

关键词：电池全钒液流电池储能系统均一性多孔介质扩散优化设计

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li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)正极材料的Ga_(2)O_(3)包覆改性及电化学性能

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无机化学学报 2024年第6期40卷 1105-1113页

作者：刘新朋赵刘洋李泓漪陈雅图吴爱民李爱魁黄昊大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省能源材料及器件重点实验室大连116024 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司西安710065 大连理工大学电气工程学院大连116024

首先采用共沉淀方法制备富锂锰基正极材料li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)原始样品(P-LRMO),然后通过简单的湿化学法以及低温煅烧方法对其进行不同含量Ga_(2)O_(3)原位包覆。透射电子显微镜(TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)结... 详细信息

首先采用共沉淀方法制备富锂锰基正极材料li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)原始样品(P-LRMO),然后通过简单的湿化学法以及低温煅烧方法对其进行不同含量Ga_(2)O_(3)原位包覆。透射电子显微镜(TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)结果表明在P-LRMO表面成功合成了Ga_(2)O_(3)包覆层。电化学测试结果表明:含有3%Ga_(2)O_(3)的改性材料G3-LRMO具有最优的电化学性能,其在0.1C倍率(电流密度为25 mA·g^(-1))下首圈充放电比容量可以达到270.1 mAh·g^(-1),在5C倍率下容量仍能保持127.4 mAh·g^(-1),优于未改性材料的90.7 mAh·g^(-1),表现出优异的倍率性能。G3-LRMO在1C倍率下循环200圈后仍有190.7 mAh·g^(-1)的容量,容量保持率由未改性前的72.9%提升至85.6%,证明Ga_(2)O_(3)包覆改性能有效提升富锂锰基材料的循环稳定性。并且,G3-LRMO在1C倍率下循环100圈后,电荷转移阻抗(Rct)为107.7Ω,远低于未改性材料的251.5Ω,表明Ga_(2)O_(3)包覆层能提高材料的电子传输速率。

关键词：锂离子电池富锂锰基正极材料 Ga_(2)O_(3)包覆电化学性能

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Y(PO_(3))_(3)双包覆改性对li[Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)]O_(2)电化学性能的影响

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无机化学学报 2024年第7期40卷 1320-1328页

作者：李泓漪吴爱民赵刘洋刘新朋陈凤琴李爱魁黄昊大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省能源材料及器件重点实验室大连116024 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司西安710065 大连理工大学电气工程学院大连116024

在镍钴铝酸锂正极材料li[Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)]O_(2)(NCA)制备过程中表面遗留的碱性物质会严重影响其循环稳定性能,针对这一难题,提出使用Y(PO_(3))_(3)对其进行表面包覆改性,利用Y(PO_(3))_(3)与表面残留的liOH反应消除表面残碱... 详细信息

在镍钴铝酸锂正极材料li[Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)]O_(2)(NCA)制备过程中表面遗留的碱性物质会严重影响其循环稳定性能,针对这一难题,提出使用Y(PO_(3))_(3)对其进行表面包覆改性,利用Y(PO_(3))_(3)与表面残留的liOH反应消除表面残碱,并探讨包覆改性对NCA整体性能的影响机制。测试分析结果表明,在低温煅烧过程中前驱体表面会形成均匀致密的Y(PO_(3))_(3)和liPO_(3)包覆层,liPO_(3)有较高的离子电导率,双包覆层能够防止活性物质在电化学循环过程中与电解液相互接触时发生有害副反应,提高电极材料的循环稳定性。其中Y(PO_(3))_(3)包覆量(质量分数)为1%的样品在0.1C下的首次库仑效率从未改性样品的78.65%提高到88.50%,在1C下循环150圈后容量保持率从59.38%提高到85.33%,相比于未改性样品具有更高的首次库仑效率和更优异的循环性能。

关键词：电化学高镍正极材料磷酸盐表面涂层循环稳定

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基于储能的无功补偿技术综述

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储能科学与技术 2021年第6期10卷 2209-2217页

作者：叶晖李爱魁张忠大连理工大学辽宁大连116000

基于无功补偿的无功功率实时平衡是电力系统安全稳定运行的重要保障。储能变流器具有四象限运行功能,可同时输出或吸收无功及有功功率,具有调频调压功能。基于储能的无功补偿技术具有响应速度快,连续可调、规模可控等优点,适用于高比例... 详细信息

基于无功补偿的无功功率实时平衡是电力系统安全稳定运行的重要保障。储能变流器具有四象限运行功能,可同时输出或吸收无功及有功功率,具有调频调压功能。基于储能的无功补偿技术具有响应速度快,连续可调、规模可控等优点,适用于高比例新能源和高电力电子化的新型电力系统。本文基于储能无功补偿原理,介绍了多种拓扑结构储能变流器的无功控制策略、串并联模块化放大以及中高压级联技术等研究进展。按照储能类型和应用场景,综述了储能以及储能混合无功补偿技术的发展进程及趋势,早期储能无功补偿主要采用超导储能、超级电容器及飞轮储能等短时间尺度的储能技术,电池储能技术的发展使其在电网调压、黑启动等无功补偿领域具有应用前景。基于经济性考虑,储能与STATCOM、新能源机组协同运行实现有功无功联合调压,保障系统电压水平,改善电能质量。新能源为主的新型电力系统给予储能无功补偿技术更重要的角色。储能、新能源机组及无功补偿装置的暂态稳态协同控制是未来新能源场站无功补偿主要形态。储能与其他无功源之间的协调控制策略以及联合规划问题的求解与优化都将是储能无功补偿技术的研究重点。

关键词：储能无功补偿电压控制混合变流器

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基于Surrogate的预装式储能电站布局优化

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高电压技术 2021年第4期47卷 1314-1322页

作者：袁铁江杨南张昱车勇李爱魁大连理工大学电气工程学院大连116024 国网新疆电力有限公司经济技术研究院乌鲁木齐830002

为解决预装式储能电站内部布局优化的问题,同时兼顾集装箱内部通风散热效果最好与储能容量最大,提出一种基于Surrogate的预装式储能电站布局优化方案,以进、出风口半径、通风道宽度为决策变量,利用拉丁超立方抽样法生成样本,设计箱体内... 详细信息

为解决预装式储能电站内部布局优化的问题,同时兼顾集装箱内部通风散热效果最好与储能容量最大,提出一种基于Surrogate的预装式储能电站布局优化方案,以进、出风口半径、通风道宽度为决策变量,利用拉丁超立方抽样法生成样本,设计箱体内部设备排布方案及通风口方案,利用有限元软件ANSYSWorkbench仿真计算箱体内温度分布情况;基于热分析结果,使用Surrogate建模方法构建优化模型,采用粒子群算法求解优化模型,得到最佳布局及散热方案。最后,算例验证了方法的适用性。此方法的提出,解决了当前预装式储能电站优化方案中存在的主观性偏强或求解不优的问题,有利于推动预装式储能电站设计的进一步发展。

关键词： Surrogate 预装式储能电站 ANSYS Workbench 粒子群算法布局优化

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基于第一性原理高价元素Mo稳定层状富锂锰基材料的氧框架机制

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高等学校化学学报 2024年第5期45卷 110-119页

作者：张硕赵刘洋黄昊吴爱民李爱魁大连理工大学材料科学与工程学院大连116024 大连理工大学电气工程学院大连116024

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算探究了高价元素Mo取代Mn稳定层状富锂锰基材料氧离子框架机制.Mo掺杂将体积变化率从‒2.95%降至‒0.53%,改善了锂化前后的晶格畸变.空位形成能及巴德电荷分析结果表明,7种氧空位形成能均明显提升,且... 详细信息

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算探究了高价元素Mo取代Mn稳定层状富锂锰基材料氧离子框架机制.Mo掺杂将体积变化率从‒2.95%降至‒0.53%,改善了锂化前后的晶格畸变.空位形成能及巴德电荷分析结果表明,7种氧空位形成能均明显提升,且第一配位氧平均巴德电荷从1.13 e升至1.18 e,抑制了不稳定氧析出;锂化前后氧原子巴德电荷改变量从0.51 e降至0.11 e,表明循环前后的体系均具有良好的氧框架稳定性.通过差分电荷密度计算,发现Mo能够在li去除后提供电荷补偿,而且Mo掺杂后锂离子迁移速率得到了提升,最低势垒从0.55 eV降至0.42 eV.为高价元素掺杂锂离子电池正极材料奠定了坚实的理论依据.

关键词：锂离子电池富锂正极材料电子性质晶格氧密度泛函理论

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基于灵活性调节资源动态演变的储能容量预测

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太阳能学报 2024年第8期45卷 17-26页

作者：徐君威李爱魁李武峰李相俊全慧大连理工大学电气工程学院大连116000 中国电机工程学会北京100761 中国电力科学研究院有限公司北京100192

基于储能的灵活性调节能力是新型电力系统稳定运行的重要增量,其容量预测与配置受多种因素制约。针对能源结构转型背景下面临的因储能容量需求动态变化而难以预测,进而影响源网荷储协调规划建设的问题,该文分析电力系统灵活性调节能力... 详细信息

基于储能的灵活性调节能力是新型电力系统稳定运行的重要增量,其容量预测与配置受多种因素制约。针对能源结构转型背景下面临的因储能容量需求动态变化而难以预测,进而影响源网荷储协调规划建设的问题,该文分析电力系统灵活性调节能力的影响因素,研究包括火电、水电、储能等各灵活性调节资源的装机容量以及调节成本的发展趋势,并对火电机组深度调峰成本进行分段线性化处理,降低计算的复杂度,以获得灵活性调节容量的成本最低为优化目标,综合考虑各调节资源的能量、功率约束,建立储能容量预测模型,并将其转换为混合整数线性规划的形式,调用商业优化求解器CPLEX进行求解。该模型基于系统中现有调节资源的调节能力,在目前新能源发电量占比不断增大的情况下,对储能的容量进行预测。算例分析表明所提模型能在保证系统经济运行的前提下,对储能的容量进行动态预测,所配置的储能有效促进了风电和光伏的消纳。

关键词：电池储能电力系统规划约束优化混合整数线性规划线性化新型电力系统

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考虑能量效率和SOC均衡的电池储能电站双层功率分配策略

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中国电机工程学报 2024年第13期44卷 5185-5195,I0014页

作者：叶晖李爱魁田刚领谢佳李占军大连理工大学电气工程学院辽宁省大连市116024 华中科技大学电气与电子工程学院湖北省武汉市430074 平高集团储能科技有限公司天津市东丽区300399

电化学储能电站在应用于调频、调压等功率波动性工况时,存在能量效率较低、荷电状态(state of charge,SOC)不均衡等问题。该文提出考虑能量效率和SOC均衡的电池储能电站双层功率分配策略,其主要包括单元优化层和子系统优化层:单元优化... 详细信息

电化学储能电站在应用于调频、调压等功率波动性工况时,存在能量效率较低、荷电状态(state of charge,SOC)不均衡等问题。该文提出考虑能量效率和SOC均衡的电池储能电站双层功率分配策略,其主要包括单元优化层和子系统优化层:单元优化层通过充电/放电优先级分区计算实际运行单元数量及其编号,建立以储能单元能耗最小为目标的优化模型,并采用遗传算法求解最优解集;子系统优化层引入基于电化学阻抗的电池能耗模型,以储能子系统能耗最低和SOC均衡为目标建立多目标优化模型,并采用非支配快速排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithms-II,NSGA-II)进行求解。通过某地区锂电池储能电站实际参数验证所提策略的有效性,结果表明,与SOC比例分配策略和单层功率分配策略相比,所提功率分配策略在降低电站能耗的同时能最大程度实现SOC均衡,保障电站双向调节能力,提高储能电站经济性。

关键词：储能电站功率分配策略能量效率荷电状态均衡非支配快速排序遗传算法

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锂离子电池储能电站能耗优化

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高电压技术 2023年第3期49卷 1118-1127页

作者：田刚领叶晖谢佳张柳丽崔美琨李爱魁华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074 平高集团储能科技有限公司天津300399 大连理工大学电气工程学院大连116024

储能电站能耗预估与优化是提高电站能量效率及经济性的关键技术。因此,分析了电化学储能电站运行过程中电池模块、储能变流器(power conversion system,PCS)、变压器及辅助用电系统工作特性和能耗规律,并建立了储能单元和辅助用电系统... 详细信息

储能电站能耗预估与优化是提高电站能量效率及经济性的关键技术。因此,分析了电化学储能电站运行过程中电池模块、储能变流器(power conversion system,PCS)、变压器及辅助用电系统工作特性和能耗规律,并建立了储能单元和辅助用电系统的能耗模型。在负荷率基础上,储能单元和辅电系统的能耗模型加入电流、温度等特征量,以适应储能电站的多工况应用场景,提高模型用于能耗预估的准确性,并通过某地区电网侧百兆瓦级储能电站进行了应用验证。结果表明,所建立能耗模型与真实数据间的相对误差均值为0.6%,可有效估算储能电站能效水平。对比现有电站策略,在低于50%负荷率工况下,基于能耗模型的功率分配策略可提高储能电站能量效率0.6%~10.7%,通过减少电站能耗有效提升了电站运行经济性。

关键词：储能电站能耗模型能耗优化锂离子电池效率

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