高温热处理制备硫/碳正极材料的电化学性能

分别以气相生长碳纤维(VGCF)、多壁碳纳米管(MWCNT)和活性炭(AC)作为单质硫载体,通过高温热处理制备锂硫电池用S/C正极材料。采用SEM、XRD、热重分析(TG)、循环伏安、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电等方法,分析复合材料的结构及电化学性能。碳材料形态对锂硫电池的放电比容量和循环性能有重要影响,S/VGCF复合材料的电化学性能较好。以0.1 C的电流在1.5~3.0 V充放电,首次和第100次循环的放电比容量分别为1 204.87 m Ah/g、547.62 m Ah/g。     

正极材料高温热处理后锂硫电池电气性能变化

采用多壁碳纳米管(MWCNT)、气相生长碳纤维(VGCF)、活性炭(AC)为单质硫的载体,通过高温热处理的方法制备锂硫电池用S/C正极材料。通过对所得材料进行X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、热重分析、恒流充放电及循环伏安测试等对材料的结构及电气性能进行分析。研究发现,锂硫电池的放电比容量及循环性能受碳材料的影响较大,其中S/VGCF复合材料的电化学性能较好,当以0.1 C的电流在1.5~3.0 V进行充放电时,其首次和第100次循环的放电比容量分别为1 205.62、613.18 m Ah/g。     

硫形态对硫/碳复合材料性能的影响

以有机系介孔碳(SWOAC)作为载体,分别采用升华硫和化学沉淀法制备的单质硫与SWOAC复合,制备得硫/碳复合材料,用XRD、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、恒流充放电和循环伏安等测试对产物进行分析。以沉淀法制备的单质硫制得的复合材料,用氩气保护,在150℃下保持5 h、300℃下保持3 h后,电化学性能较好,以0.2 C在1.5~3.0 V循环,首次放电比容量为809.5 m Ah/g,循环20次保持在801.5 m Ah/g,容量衰减率为1%。     

硅碳复合负极材料的制备及电化学性能研究

采用机械球磨和喷雾干燥-热解法制备Si/C复合负极材料。通过XRD、SEM和恒流充放电测试对材料的结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明:具有碳包覆结构的Si/C复合材料颗粒形貌近似球形。在100 m A/g的电流密度下充放电,首次放电比容量达到648.1 m Ah/g,首次充放电效率为77.2%,循环30周后,可逆比容量为528 m Ah/g。     

锂硫电池用S/KB复合材料的制备及性能

以科琴碳黑(KB)作为单质硫的载体,分别用球磨法和热处理法制备S/KB复合正极材料。用XRD、循环伏安、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电测试,对材料进行分析。球磨法制备的材料首次放电比容量较高,1.0 C放电至1.5 V,最高达1 670 m Ah/g;热处理法制备的材料循环性能更稳定,以0.5 C在1.5~2.5 V循环30次,放电容量保持率约为82%。     

泡沫镍作集流体对锂硫电池性能的影响

为了提高锂硫电池的高倍率放电性能,采用了多孔的泡沫镍作集流体。通过循环伏安测试可知,泡沫镍作集流体时泡沫镍在充放电过程中并没有参与反应,而是相对于铝箔集流体降低了电池的氧化峰电势和提高了还原峰电势。充放电测试可知:泡沫镍作集流体时,锂硫电池表现出良好的高倍率放电性能,在1 C充放电下,以泡沫镍为集流体的锂硫电池首次放电比容量达到940 m Ah/g,经过100次循环后其放电比容量保持在508 m Ah/g左右。     

金属氢氧化物对锂硫电池性能的影响

通过水热法在锂硫电池正极材料硫碳复合物表面包覆纳米金属氢氧化物抑制多硫化物的穿梭,很好地改善了电池的循环性能。利用扫描电镜(SEM)、恒流充放电和交流阻抗等方法比较了不同包覆层氢氧化铝、氢氧化钴、氢氧化铈对锂硫电池性能的影响。其中,用氢氧化铝包覆的硫碳复合材料显示了较好的电化学性能,在100 m A/g充放电条件下,首次充放电比容量为1 192 m Ah/g,80次循环后放电比容量为797 m Ah/g,容量保持率达67%。0.5 C条件下,放电比容量达754 m Ah/g。     

粘合剂对于锂-硫电池正极性能的影响

选用LA132、海藻酸钠、β-环糊精和PVDF四种粘合剂应用于锂硫电池正极中,采用恒流充放电、交流阻抗和扫描电镜(SEM)等方法考察了不同粘合剂对锂硫电池电化学性能的影响。其中以海藻酸钠为粘合剂的正极循环性能和倍率性能最为优异,在电流密度100 m A/g下,115次循环后放电比容量为757 m Ah/g,容量保持率达70%。在1 000m A/g电流密度下,放电比容量达到600 m Ah/g。     

水热法制备还原氧化石墨烯-硫复合材料的性能

以湿法制备的硫溶胶和氧化石墨烯为前驱体,采用水热法还原不同酸碱体系的氧化石墨烯,制备石墨烯-硫复合材料。通过XRD和场发射扫描电子显微镜(FESEM)等对产物进行分析。石墨烯以薄膜状包覆在硫颗粒表面。恒流充放电、交流阻抗和循环伏安测试结果表明:180℃、酸性条件下水热12 h制备的复合材料电化学性能较好,以0.2 m A/cm2的电流密度在1.5~3.0 V充放电,首次放电比容量为803.72 m Ah/g,循环20次衰减至592.40 m Ah/g,容量保持率为73.71%。     

TiO_2纳米材料在锂硫电池正极中的应用

实验采用的TiO_2纳米材料是通过水热合成法制备并进行碳化得到。将所得的TiO_2纳米材料作为硫载体,用熔融吸附法缓慢将硫单质融入载体中,最后得到C/S/TiO_2复合正极材料。材料的结构表征主要采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD),结果表明,TiO_2基体由大小在40~60 nm范围内的颗粒聚集成薄片,薄片为微米级。实验采用335m A/g的电流密度对组装的扣式电池进行电化学性能测试。结果表明,C/S/TiO_2复合材料的首次放电比容量可达到1 512 m Ah/g,经过100次循环后放电比容量为710 m Ah/g;当采用0.5 C放电时,电池的放电比容量为869 m Ah/g,随着充放电倍率由0.8 C增加到2 C,电池的可逆比容量依次为794、722、668 m Ah/g,表明通过加入TiO_2,在大的充放电密度下电池的循环稳定性得到了很大的提高。     

纳米碳材料在锂离子蓄电池负极材料中的应用

近年来,纳米碳材料在锂离子蓄电池电极材料中的应用受到广泛的重视,目前纳米碳材料主要有纳米碳纤维(Carbonnanofibers,CNFs)和纳米碳管(Carbonnanotubes,CNTs)两种,本文对这两种纳米碳材料作为锂离子蓄电池负极材料的研究进行了综述。纳米碳材料可以显著提高锂离子蓄电池的嵌锂容量,但存在首次充放电效率不高以及电位滞后的缺点。纳米碳材料作为锂离子蓄电池负极材料的掺杂体具有很高的实用价值,这是由于纳米碳管和纳米碳纤维具有高的比表面积、高的导电和导热性以及优良的机械性能。     

考虑碳税与碳交易替代效应的电力系统低碳经济调度方法

随着碳达峰、碳中和目标的提出,政府主导的碳规制强度日益增大。电力系统作为碳减排主体,将面临碳税与碳交易复合型碳减排政策的约束。研究计及碳税与碳交易替代效应的电力系统低碳经济调度方法,能够协调提升系统运行的低碳性和经济性,具有重要的理论与现实意义。首先在分析碳交易价格波动特征的基础上,采用随机场景法描述碳交易价格不确定性,进而对阶梯型碳税与碳交易替代效应进行建模。之后,建立协调优化碳捕集设备和储能电站的系统两阶段低碳经济调度模型,并结合分段函数线性化和蝙蝠算法对模型进行优化求解。最后,基于某地区的实际参数开展仿真分析,算例结果表明所提模型能够有效提升系统运行的低碳经济水平。     

基于碳排放流理论的电力系统源-荷协调低碳优化调度

在低碳电力的背景下,需求侧资源逐渐参与电力系统调度,为降低电力系统碳排放提供了新思路。建立了一种考虑碳排放流理论和以碳价为价格信号的需求响应电力系统两阶段低碳优化调度模型。首先,以电力系统经济调度为一阶段优化模型。其次,基于Shapley值碳责任分摊方法,计算出各负荷侧碳责任合理范围并由此提出阶梯碳价定制方法,然后基于碳排放流理论计算出负荷侧碳排放责任情况及碳排放成本。再次,构建以碳价为信号的需求响应低碳优化调度为二阶段优化模型,利用负荷侧调节能力降低总碳排放量,从而降低负荷侧碳排放成本。最后,基于改进的PJM-5节点系统分别对全火电机组场景和含风电机组场景进行算例分析,通过仿真算例对不同场景下系统的碳排放量以及碳排放成本进行了分析。同时,在IEEE-118节点系统中进行验证,结果表明所提出模型合理计算了碳排放责任,有效降低了系统碳排放量,验证了所提模型的合理性和可行性。     

电力系统碳排放流分析理论初探

采用低碳电力技术是电力行业实现可持续发展的重要举措。现有研究中,碳排放的统计量通常以宏观数据统计为主,按照一次能源消耗量转换得到。此类方法无法揭示电力系统碳排放的特点,在应用中存在着诸多局限性。文中探讨了将碳排放分析与电力系统潮流计算相结合的新思路,提出了电力系统碳排放流的概念。结合网络分析技术,提出并建立了电力系统碳排放流分析的几个基本概念与指标,初步形成电力系统碳排放流分析的理论架构。给出了一个示例系统的计算结果和直观展示,并结合电力系统潮流分析的基本原理,剖析了电力系统碳排放流分析理论的作用和意义。最后对电力系统碳排放流分析理论的应用领域和研究方向进行了展望。     

考虑碳预算与碳循环的能源规划方法及建议

实现碳中和,能源领域碳减排是关键。为研究面向碳中和的能源规划,文章首先分析了碳中和与碳预算之间的关系,之后提出了碳中和目标下考虑碳预算与碳循环的能源规划方法,进而从规划目标、研究范式、碳约束、市场因素等方面与其他能源规划方法进行了对比,最后针对未来能源规划中需要重点关注的能源耦合、碳价设置等问题,提出了相关建议。此方法可为后续面向碳中和的能源规划提供参考。     

电力系统碳排放核算综述与展望

碳核算能量化分析碳排放数据,对实现“双碳”目标至关重要。从直接、间接两个角度出发,聚焦电力系统碳排放核算问题。直接碳排放主要源于源侧火电机组和电网侧SF₆气体泄露。首先对火电机组碳排放核算方法及研究概况进行综述,围绕特性、精度、适用范畴等,对排放因子法、物料平衡法、实测法进行分析对比,并简要说明了由SF₆气体泄露造成的等价碳排放核算方法。其次,基于发电负荷等于厂用电负荷、网损及综合用电负荷三者之和这一关系,提出间接碳排放的定义,厘清直接、间接碳排放关系,并比较平均碳排放因子法与基于碳排放流理论核算间接碳排放方法的优劣。最后,分析新型电力系统中直接、间接碳排放的影响因素,并展望未来考虑市场因素下的碳排放核算方法。     

中国电力系统低碳发展分析模型构建与转型路径比较

中国提出的碳达峰目标和碳中和愿景对能源电力碳减排提出了更高要求,电力系统的清洁低碳化转型路径亟待探索。首先,从能源电力领域的碳排放现状出发,明确了能源电力在碳减排中的定位。其次,针对电力近中期低碳发展形势,构建了考虑碳排放外部成本的规划模型,开展了量化展望分析;针对远期低碳发展情景,打破不同能源系统边界,创新性地提出了电-氢协同路径和电-氢-碳协同路径,并构建了适用于新能源多元化利用方式的全链条技术经济评价模型,对氢气、甲醇等终端产品的经济竞争力进行了评估。     

煤电的低碳化发展路径研究

在我国全面建设社会主义现代化强国和"碳达峰、碳中和"2个远景目标的共同要求下,煤电不但要起到战略保障作用,还需要实现低碳化发展.讨论了煤电的定位和合理的发展规模,提出煤电的低碳化发展首先要考虑存量机组的节能提效,采用节能改造及机组延寿等技术达到提效目的;新建机组必须采用先进高效的发电技术,如超高参数超超临界发电技术以及...     

应用于电力系统的碳捕集技术及其带来的变革

二氧化碳捕集和封存技术是当前最为关键的低碳技术之一,协调了化石燃料利用与碳减排之间的矛盾,从而具有广泛的应用前景。文中全面介绍了当前碳捕集技术在电力系统中的实施情况,描述了碳捕集电厂的发展前景,并结合电厂运行、电网运行、微观个体电厂投资与宏观整体电源规划中的实际需求,阐述了应用于电力系统的碳捕集技术将面临的主要挑战与亟待解决的问题,探讨了碳捕集电厂对于电力系统接纳大规模风电的促进作用,揭示了碳捕集技术的引入对于电力系统所带来的重大变革。     

低碳经济下的电源规划研究

从政策因素、技术因素和市场因素3方面探讨了碳经济对电源规划的影响,建立了评估电源规划的碳经济指标;并将该指标引入传统的电源规划模型,建立了低碳经济下的电源规划模型。通过仿真研究,分析了碳经济指标引入前后的电源规划方案。仿真结果表明,低碳经济下的电源规划能够有效引导能源结构调整,实现CO2减排,符合当今能源发展趋势和低碳经济要求。