2026年 02期
基于STAR-CCM+的储能Pack液冷系统冷却策略制定研究
吴成涛;姚昕烨;在碳中和背景下，发展提高能源利用率的先进方法已成为全球首要关注问题。储能技术广泛应用于新能源和可再生能源领域，其中，单体电池温度和系统热分布均匀性决定储能系统使用性能和安全性，而高效的锂离子电池热管理系统是保障其安全运行的关键。液体冷却因其高效散热、精确控温等特点已成为当前主流热管理方式。液冷板压降是液冷系统设计过程中的重要指标，压降过大会降低散热效果、增加水泵功率消耗，从而增加冷却系统能耗，降低使用寿命。因此，在制定储能电池Pack液冷系统冷却策略时，应选择适当的冷却液温度和流量，在保证单体电池于适宜的温度和温差范围内工作的前提下，尽可能降低液冷系统压降。本文基于STAR-CCM+仿真软件对某个由52个314 Ah单体电池串联的储能电池Pack液冷系统进行精确的建模求解，利用控制变量法和三维曲面法探究冷却液温度和流量对电池Pack散热性能以及系统压降的最优解。结果表明，冷却液温度约为20℃、流量为5～6 L/min时，可保证电池Pack良好散热性能的同时控制系统能耗较低。该方法在节约研发时间和测试成本的前提下，为储能液冷系统冷却策略制定提供参考。
双催化层HT-PEMFC的电化学性能实验研究
郭其浩;郑东;为提高高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)的输出性能，本文设计了一种基于喷涂和电沉积工艺的正极双催化层结构。通过研究单电池在不同温度、压力以及正极空气化学计量比条件下的输出性能以及电化学阻抗，评估双催化层设计在宽工况下的可行性以及运行稳定性。实验结果表明：双催化层设计能够改善电极界面环境，有效缓解电沉积合成的纯Pt催化剂的中毒现象，双催化层HT‑PEMFC在氢空条件下运行的峰值功率密度值最大可达205 mW/cm2，且在本文所有运行工况中，仅在空气计量比为1.5时观察到电池出现运行不稳定现象。在进一步的电化学阻抗谱实验中，与150℃相比，190℃时正极传质阻抗增大了55.0%，欧姆阻抗降低了35.1%；压力从0增大至2×105 Pa时，正负电荷转移阻抗分别降低了44.6%和29.6%，正负极传质阻抗分别增加了57.1%和33.3%，略微促进了质子的传递；正极空气计量比从1.5增大至3.5时，正极电荷转移与传质阻抗分别降低了92.5%和71.7%，但过高的计量比不利于负极电荷转移过程。
锂离子电池高温存储衰减机理研究
陈丹丹;夏玉佳;宋林霏;本文研究了软包三元锂离子电池在高温存储过程中的容量衰减机理。借助内置参比电极，测量存储不同时间的全电池和正负极充放电曲线。通过微分容量（IC）曲线、微分电压（DV）曲线分析和电压重构法研究了正负极的衰减过程及其对全电池衰减的贡献。结果显示，高温60℃存储48天的软包三元锂离子电池正极、负极活性物质的质量和活性锂的含量分别损失6.32%、11.04%和7.02%。本研究使用的方法可推广应用于不同类型的锂离子电池中。
基于液冷储能户外柜的热管理优化设计
尹子杰;窦鸿胜;冯祥民;潘明飞;叶俊伟;王丹丹;与储能集装箱相比，储能户外柜集成度高、灵活性高、初始投资低，在分布式发电系统、微电网及电力辅助服务市场等领域发挥着重要作用。为解决顶部电池模组（PACK）在运行过程中的高温问题，本文从户外柜的换热特性展开研究，分析了不同制冷剂流量、散热方式、太阳辐射对顶部PACK温度分布的影响。研究结果表明：在加装风扇的方案下，温差（2.22℃）较液冷板方案仅高0.11℃，但综合成本降低了10%；太阳辐射与制冷剂流量对电池温度影响显著，其中太阳辐射可使电池最高温度升高约1.03℃。综合考虑冷却效果、成本及安装维护便利性等因素，确定加装风扇为优化方案。研究结果可为储能户外柜提供科学、实用的热管理解决方案，有助于推动储能技术的高效发展。
引射器与氢循环泵并联的燃料电池阳极循环系统仿真研究
刘展睿;金大鹏;陈韶新;在燃料电池阳极系统中，阳极循环系统将燃料电池阳极出口未反应的氢气再次循环到燃料电池堆的氢气入口，通过这种方式可以提高氢气利用率，改善燃料电池堆的湿度，减少氮气累积的影响。为了提高系统整体效率，越来越多的阳极循环系统引入引射器作为关键零部件。本文建立了燃料电池氢循环泵和引射器并联的阳极循环系统仿真模型。针对300 kW燃料电池系统的运行工况，分析了零部件关键参数对系统的影响，并对阳极循环系统在燃料电池系统全工况范围下的运行状态进行了计算。本模型可以支持不同氢气系统架构的仿真计算，为燃料电池系统架构的设计提供依据。
磷酸铁锂电池组系统并联研究
吴洋;陈道;徐晓炜;周钦哲;沈林;张巍;本文研究了浮充（一种维持电池容量的低压持续充电模式）工况下，不同荷电状态（SOC）的磷酸铁锂电池组系统并联时的环流情况，以及并联充放电时电池组系统的性能和并联各支路的偏流情况。实验结果表明，SOC差异对环流峰值的影响有限，环流峰值的大小由并联各支路的电压差异决定；并联充放电过程中，并联两支路之间会根据电压情况不断调整电流以达到电压平衡；并联电池组系统的放电容量等于各支路电池组系统单独放电时的容量之和；并联时各支路电池组系统均可实现满充满放。
聚多巴胺/三聚氰胺协同界面调控构筑高稳定铜箔集流体
宋珊珊;徐泽阳;魏群婵;吴文飞;肖嘉诚;陈中华;李强;古洪亮;廖俊;高面容量运行下，锂枝晶失控生长与界面失效是锂金属电池实用化的关键瓶颈。本研究通过界面化学设计与微结构调控，提出聚多巴胺(PDA)/三聚氰胺(MEL)协同改性策略，构筑具有梯度电场分布特性的铜箔集流体(Cu@PDA@MEL)。研究发现，PDA的表面氨基/羟基与Li+形成强耦合化学键，引导锂沿晶面二维沉积；MEL介孔结构可作为离子“缓冲层”，通过孔道限域效应优化局部电流密度分布。半电池测试表明，1 mAh/cm2面容量下，Cu@PDA@MEL的库仑效率在80个循环后依然可以稳定在99%，相比传统铜箔循环寿命提升3倍。在全电池测试中，Cu@PDA@MEL与LiCoO2(LCO)组成的全电池在1 C倍率下经过85次循环后的容量保持率依然稳定在99%。本研究揭示了有机/无机复合界面层在离子重分布与沉积动力学调控中的协同机制，为高稳定锂金属负极设计提供了材料-结构双重优化方案。
铝-空气电池阳极断板机制及温度调控优化研究
李富宇;张笑盈;田程;针对铝-空气电池阳极极耳提前断裂的问题，通过三电极体系测试25～60℃下Al-In-Sn-Ga-Pb合金阳极的极化曲线，结合24 V/30 A电池组的温度-功率密度实验，揭示温度对阳极腐蚀行为的影响机制。结果表明：60℃时，阳极极化曲线无钝化区，腐蚀电流密度达1.8 A/cm2，较25℃提升5倍；50℃时，功率密度峰值为208.1 mW/cm2，高温下因电解液浓缩与氧传质限制导致功率增益趋缓。基于流体力学模型量化温度差对消耗速率的影响，提出将反应温度控制在(50±2)℃，以延长极耳寿命。该方案为大功率铝-空气电池的工程化应用提供温度调控与材料优化依据。
大粒径掺铝Co_3O4的制备及电池性能研究
易全瑞;吴兵;洪宏龙;许开华;以氯化钴溶液和硫酸铝溶液组成的双金属盐为原料，碳酸氢铵溶液为沉淀剂，采用共沉淀法制备掺铝均匀的四氧化三钴。将不同掺铝量的四氧化三钴和碳酸锂混匀、煅烧，得到Al-Li_2CoO2。研究不同掺铝量的四氧化三钴对电池循环性能的影响。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针X射线显微分析(EPMA)结果表明：掺铝量为0.6%(质量分数)的四氧化三钴铝分布最为均匀，且剖面一次颗粒细小，无铝片状富集的现象，结晶度最好。电化学测试表明：掺铝均匀的四氧化三钴能改善正极材料的倍率性能，提高材料的放电效率。其中掺铝量为0.6%的钴酸锂具有优异的循环寿命，1 C下的首次放电容量为173.2 mAh/g,100次充放电后放电容量仍为171.7 mAh/g，容量保持率为92%，明显优于其他掺铝量的正极材料。
储能电池柜能量效率的影响因素
霍首星;朱欢欢;朱恒涛;赵亮亮;基于可再生能源并网对规模化储能的效率与寿命协同需求，需构建一套基于动态参数校准的能效优化策略。本文以储能电池柜在复杂工况下的能效问题为对象，探讨了不同环境温度、电池充放电电压范围及热管理策略对电池柜能量效率与寿命耦合的影响。研究结果表明：在5～50℃温域内，电池柜能量效率与温度呈正相关，但当温度超过50℃后，电解液副反应加剧，导致能量效率降低。将电池充放电电压优化至2.8～3.6 V，可有效平衡极化损耗与固体电解质界面（SEI）膜重构风险。基于不同热管理策略验证表明，采用电池本体温度阈值为40℃与制热模式出水温度为30℃的联合控制策略，可保证电池柜寿命和能量效率同时达到最优水平。工程试验结果显示，采用环境温度≤50℃、电池充放电电压为2.8～3.6 V及制热模式出水温度为30℃的多参数协同策略，电池柜能量效率可提升至95.24%。该成果构建了面向储能电站的热电协同优化框架，为规模化可再生能源并网提供了数据支撑。