在地热水中的电化学性能研究X

文章编号:1000-2634(2004)03-0056-03

AlΟZnΟInΟGaΟSi牺牲阳极合金

在地热水中的电化学性能研究Ξ

李春福1,王斌2,代家林2,刘大红3,罗建民4

(1.“油气田勘探与开发工程”国家重点实验室(西南石油学院),四川南充637001;2.料科学与工程学院;3.清华大学;4.河北建筑科技学院)

摘要:对自行研制的Al-3.5wt%Zn-0.02wt%In-0.02wt%G a-0.15wt%Si牺牲阳极合金在不同温度地热水中的电化学性能进行了测试研究,为地热井完井筛管的电化学保护提供了设计计算依据。

关键词:Al基牺牲阳极;电化学性能;地热井;完井筛管

中图分类号:TG172.5;　TG174.3 文献标识码:A

我国是地热资源大国,尤其是华北地区储量非常丰富。地热水多储于1000m以下的砂层地层中,地热资源开发利用逐渐引起广泛重视。地热开发井完井因防砂需要,往往采用筛管完成。京津地区已开发了上百口热水井,但完井筛管的防腐问题一直没能很好的解决。已有文献表明对深度大于1000 m的深井管材进行防腐,较好的方法是牺牲阳极保护法[1]。考虑到井下操作及监测困难,用于完井筛管中的牺牲阳极,寿命至少应在10年以上,因此,要求牺牲阳极的尺寸较大。Al基牺牲阳极合金是一种电效率较高、电化学性能良好、价格便宜、使用方便的阳极保护材料,但在高温下工作性能较差[2]。Schrieber等[3]开发了在海水中应用性能优越的AlΟZnΟIn牺牲阳极合金。为了进一步改善AlΟZnΟIn合金的热处理性能,激活Al基金属,提高其高温电化学性能,我们加入少量G a元素及Si元素,研制了Al ΟZnΟInΟG aΟSi牺牲阳极合金,并对其在一定矿化度不同温度的地热水中进行了电化学性能测试研究。为今后全国大规模开发地热资源,解决井下管材防腐问题提供了理论及计算依据。

1　试验材料及试验方法

1.1　试验阳极材料

试验阳极材料采用高纯Al、Zn、In、G a及Si经熔炼铸造而成,出模后经480℃淬火固溶处理。试验合金化学成分如表1。

表1　试验阳极合金化学成分

元素Zn In G a Si Fe Al

含量/wt 3.4850.02120.01960.153<0.1余量

1.2　试验方法

电化学试样采用完井筛管常用管材(API)J55碳钢,与AlΟZnΟInΟG aΟSi合金均制成10mm×10mm ×2mm试样,单面工作面积为1mm2,余下部分均用环氧树脂涂封;失重及电发生量试样尺寸为25 mm×20mm×2mm;所有试样经120#～800#砂纸逐级打磨,经丙酮除油、乙醇脱水后放入干燥器中备用,失重试验采用每组4片挂片;电化学测量采用三电极体系,辅助电极为Pt电极,参比电极采用饱和甘汞电极;试验介质采用大港地热井水,热水矿化度>20000mg/l,水中含NaCl及NaHCO3等,其p H 值为8.47;实验温度为15～90℃,溶液通N2除氧1小时后放入试样,待样品腐蚀电位稳定后,进行电化学测量。动电位极化曲线采用ZFΟ3型恒电位仪,扫描速度为20mV/min,数据采用ZFΟ10数据采集器采集,用方正数据处理软件处理。阳极的Tafel斜率通过Tafel直线拟合求得,阴极Tafel斜率、腐蚀电流密度(icorr)和腐蚀电位(Ecorr)均通过Orage拟合软件求得。电化学测试装置示意图见图1。试样经电化学试验后,进行宏观及光学显微镜观察。

第26卷　第3期 西南石油学院学报 Vol.26　No.3　2004年　6月 Journal of S outhwest Petroleum Institute J un　2004　

Ξ收稿日期:2003-05-28

基金项目:四川省教育厅科学研究项目(902)。

作者简介:李春福(1947-),男(汉族),河北深泽人,教授,博士导师,从事金属材料、纳米表面工程及二氧化碳、硫化氢超临界流体腐蚀研究。

图1　

金属电化学测量原理图

2　试验结果及讨论

2.1　J 55钢在不同温度地热水中的电化学参数及

阴极极化曲线地热水经PHS Ο2S 型pH 计测定得其pH 值为8.49,偏碱性。试验表明(25℃时),电位从-1000mV 到-1050mV ,J55钢表面开始有气泡析出,这与阴极的氢气析出有关[4]。一般说来,碳钢极化电位增到-1050mv 以上时,析氢过程加剧[5]。因此J55碳钢与常规阴极保护电位大致相同。试验测得J55钢不同温度地热水介质中的自腐蚀电位、电流结果(表2)。

表2　J55钢电化学参数测定结果

温度/℃

25507080电位(SCE )/mV -737-748-759-787电流(icorr )/μA

17.71

48.6350.1149.52

弱极化区阴极Tafel/斜率156.25

262.3弱极化区阳极Tefel/斜率10.1

11.2

23.25

20由表2可知,随腐蚀介质的温度升高,J55钢的自腐蚀电位稍有上升,与文献[3]中介绍的值没有太大差异。J55钢腐蚀电流随温度升高而上升,大概在70℃出现了一个峰值;温度超过70℃,稍有下降。这可能与被测溶液介质pH 值偏碱性(pH =8.49),使J55钢表层出现的保护膜状态有关。温度升高,腐蚀速度加快,Fe 的腐蚀产物膜疏松程度增大;而温度超过70℃,在碱性溶液中,腐蚀产物膜致密性增强,从弱极化T afel 斜率变化可以明显看出这一点。图2为J55钢在地热水中不同温度下的极化曲线。

图2　J55钢在地热水中不同温度下的极化曲线

2.2　Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金电化学参数测定

在地热井水介质中对Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金试样

进行电化学参数测定,结果见表3。由测试数据可知,Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金在不同温度地热水中,其自腐蚀电位及工作电位均高于J 55钢120mV 以上,适于作J 55钢的阴极保护材料[4],且理论计算表明Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金理论电发生量为2988A ?h/kg ,实际激活电发生量随温度稍有变化,同样在70℃时,出现了最大值,达2266A ?h/kg 。此时电效率为78.2%。没有出现文献[2]所介绍Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金随温度升高实际电发生量急剧降低现象。这可能与In 、G a 元素的加入对Al 元素的激活,破坏了Al 的自钝化氧化膜有关,适宜作为阴极保护材料。

表3　Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 电化学参数测定结果

温度/℃

2550

708090开路电位/mV (E ,SCE )-874-928～934-958～963-971～980闭路电位/mV (E ,SCE )-856-920～927-934～937-930～935实际电发生量/(A ?h/kg )

20102160226622492219电效率/%

69.4

74.578.2

77.6

76.6

7

5第3期 李春福等:　Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 牺牲阳极合金在地热水中的电化学性能研究

图3　在不同温度地热井水中的阳极极化曲线

由图3可知,在不同温度地热水介质中

,Al ΟZn Ο

In ΟG a ΟSi 合金阳极具有较低的极化倾向,强极化区极化倾向随温度升高稍有变化,其Tafel 斜率在-252～-323mV 之间;升温至70℃,极化倾向最低,70℃以上稍有上升,这恰恰与J 55

钢阴极强极化在70℃最弱值相对应,这是由于阳极腐蚀产物膜随温度变化对阴极析氢影响所致。2.3　Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金阳极组织及腐蚀后状况

对Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金分别在25℃、80℃地热水中进行挂片腐蚀试验,试验周期为4天,测得腐蚀速率分别为

25℃～0.020504mm/a 80℃～0.020361mm/a

试样取出后,经70%硝酸去除腐蚀产物后进行宏观观察,结果见图4。Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金在挂片失重实验后,表面呈均匀腐蚀,腐蚀产物疏松,易去除,无腐蚀产物硬壳,自溶量很低。

图4　去除腐蚀产物后试样的宏观照片

光学显微镜观察证明,Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金经

480℃淬火后,其组织为单相αΟ固溶体,晶内有少量Zn 相析出。这与Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金阳极尺寸较大,固溶时间较短,加热不完全有关,导致该合金比一般Al 基牺牲阳极电效率(80%～90%)稍低。图5为Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金在80℃地热水介质经挂片腐蚀4天后的组织照片;由图5可知:Al ΟZn ΟIn ΟG a Ο

Si 合金晶内基本属于均匀腐蚀,晶界处腐蚀较重,

有晶间腐蚀倾向。

图5　Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金腐蚀后的组织×50、 10%NaOH 水溶液70℃侵蚀3分钟

3　结　论

(1)Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金热加工性能好,易加工

成型,且价格低廉。(2)Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金在地热井水中具有较高的电发生量,且其电发生量在70℃出现最大值,达2266Ah/kg ,在20℃～90℃温度范围内电效率不低于70%。

(3)Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi 合金在20℃～90℃温度范围内无明显极化倾向,自腐蚀电位随温度升高,在70℃出现峰值且自腐蚀电位稳定,与J 55钢的自腐蚀电位相差120mV 以上,适用于做J 55钢在地热水井中阴极保护材料。

参考文献:

[1]　赵应龙.延长油井套管保护深度的新方法[J ].油田地

面工程,1994.(1):55-61.

[2]　王芷芳,杨骁.牺牲阳极在高温下电化学性能的测定

[J ].化工腐蚀与防护,1994,(2):21224.

[3]　Schrieber ,Reese W Murray.E ffect of hostile marine en 2

vironments on the Al ΟZn ΟIn ΟG a ΟSi sacrificial anode [J ].G eneral Interest ,1998:70-77.

[4]　张学元,王凤平,杜元龙.铁在二氧化碳溶液中的腐蚀

电化学行为研究[J ].中国腐蚀与防护学报,1999,19

(2):72-77.

[5]　魏宝明.金属腐蚀理论及应用[M ].北京:化学工业出

版社,1984.

(编辑　朱和平)

85西南石油学院学报 2004年

ming,HU XueΟbin,et al.JOU RNAL O F S OU T HW ES T PET ROL EU M IN S TI TU T E,V ol.26,No.3,45-47,2004 (IS S N1000-2634,IN CHIN ES E)

Basic requirements of acid fluid for acidizing treatment were analyzed in this paper based on the Badaowan formation with lowΟpermeability in Y anqi Basin.a lot of experimental e2 valuations were made according to the oil and gas industry stan2 dard of China,and the type and concentration of the acid liquid were determine.A compoundΟacid with good retarded property, low damage for the formation and excellent stimulation effect was given though choosing corrosion inhibitor,ironΟcontrol a2 gent,clay stabilizer and cleanup additive in laboratory.A new acidizing technique was introduced and improved.The com2 pound acid fluid and technology was successfully practiced9 wells,and the great economic and social benefit was got.

K ey w ords:Y anqi bansin;Badaowan formation;sand2 stone reservoir;compoundΟacid;acidizing treatment

STU DY AN D APPL ICATION OF LAYERING H YDRAU L I2 CA LLY FRACTURING IN ZH ONG YUAN OI LFIE LD ZHEN YuΟchen(Zhongyuan oil field,Puyang Henan 457001,China),JOU RNAL O F S OU T HW ES T PET ROL EU M IN S TI TU T E,V ol.26,No.3,48-50,2004 (IS S N1000-2634,IN CHIN ES E)

The conditions of some wells in Zhongyuan oilfield are complex with a long treatment interval,small monoΟlayer thick2 ness and great inΟsitu stress difference in vertical profile.It is difficult to stimulate the whole target interval by general hy2 draulically fracturing technique.In this paper,a set of layering and chosen fracturing technique was developed,which included evaluation technique of target formation,tools of mechanical separatingΟlayer.The technique was proven to be successful and effective in Zhongyuan oilfield because of outstanding stimula2 tion effect.

K ey w ords:Zhongyuan oilfield;hydraulic fracturing;sepa2 rateΟlayer fracturing;fracturing string

LAB RESEARCH OF NITR OGEN A LTERNATING FOAM WATER IN JIECTION IN M36B LOCK RESERVIOR DU JianΟfen(S outhwest Petroleum Institute,Chengdu Sichuan610500,China),L IU JianΟyi,GUO Ping,et al. JOU RNAL O F S OU T HW ES T PET ROL EU M IN S TI TU T E, Vol.26,No.3,51-53,2004(ISSN1000-2634,IN CHIN ES E) Using synthetic fluids of separate oil and gas samples from Ma36Ο5Ο5well compounded according to gas oil ratio24.7m3/t,flooding experiments are conducted upon two groups of long real formation cores from Xinxia23and Xinxia24Ο5of Ma36 well block to research flooding efficiencies by nitrogen alternat2 ing foam water injection.Results show that the recovery en2 hanced by nitrogen alternating water injection with the core of Xinxia23is6%or so and enhanced by nitrogen alternating foam water injection is10%or so.And with the core of Xinxia24Ο5, the recovery enhanced by nitrogen alternating water injection is 3%or so,while enhanced by nitrogen alternating foam water injection is8%or so.It is also demonstrated that the dis place2 ment efficiency by foam water alternating injection is more obvi2 ous,and the enhanced recovery is higher,but it needs longer injection time and bigger injection volume,and the injection pressure also rises quickly.

K ey w ords:Ma36well block;lab research;nitrogen/wa2 ter alternating;nitrogen/foam water alternating;recovery

LASER TEST OF CO2PHASE CHANGE

TAN MaoΟsen(S outhwest Petroleum Institute,Chengdu Sichuan610500,China),GUO Ping,L I ShiΟlun.JOU RNAL O F S OU T HW ES T PET ROL EU M IN S TI TU T E,V ol.26, No.3,54-55,2004(IS S N1000-2634,IN CHIN ES E) The production of oil and gas is a process that the oil and gas fluid flow under high pressure in porous media.The high pressure property of stratum fluid is a very important parame2 ter.How to increase the testing accuracy of the stratum fluid,it is an important significance for the test of formation fluid high pressure property.According to the testing theory of laser,it is considered that the change of the scatter section in gas and liq2 uid phase led to the change of the intensity of light through the gas.We established a set of testing device of laser.The test e2 quipment proceeded to test repeatedly at several temperatures, the results were compared with the Handbook of Physical Prop2 erties of Liquids and G ases,and it was proved that our results were more accurate than that of the Handbook.It provided the foundation to further study the phase change in the porous medium.

K ey w ords:laser testing;dew point pressure;phase state

STU DY OF THE E LECTR OCHEMICA L PERFORMANCE OF A NEW T YPE OF AlΟZ nΟInΟG aΟSi AN ODE IN TERRES2 TRIA L HEAT WATER OF DIFFERENT TEMPERATURE L I ChunΟfu(S outhwest Petroleum Institute,Chengdu Sichuan610500,China),WAN G Bin,DAI JiaΟling,et al. JOU RNAL O F S OU T HW ES T PET ROL EU M IN S TI TU T E,

ⅣAbstract 2004

Vol.26,No.3,56-58,2004(ISSN1000-2634,IN CHIN ES E) The electrochemical performance of a new developed AlΟZn ΟInΟG aΟSi anode in terrestrial heat water of different tem pera2 ture has been tested and studied,which provides foundations of design and calculation for electrochemical protection of comple2 tion pipeline in the terrestrial heat well.

K ey w ords:AlΟZnΟInΟG aΟSi anode;electrochemical perfor2 mance;terrestrial heat well

SYNTHESIS OF A PYRIDONES DERIVATIVE WITH NAT2 URA L HETER OC YC L IC PARENT SUBSTANCE

ZOU ChangΟjun(S outhwest Petroleum Institute,Chengdu Sichuan610500,China),WU XiaoΟzhen,WAN G JinΟjun. JOU RNAL O F S OU T HW ES T PET ROL EU M IN S TI TU T E, Vol.26,No.3,59-61,2004(ISSN1000-2634,IN CHIN ES E)

A kind ofα.βΟunsaturated derivative(2a—c)with isochro2 man—4has been obtained by ALDOL condensation reaction,in which the isochromanone reacts with aromatic aldehyde in pres2 ence of sodium hydroxide alcohol solution.And then a title compound(4a—c)with83%-90%yield has been synthesized by the reaction of the(4a—c)and cyanoacetamide in ethanol so2 lution containing sodium ethylateby Michel addition reaction. The title compound synthesized is similar to method by dehy2 drogenation in existence of element Se with piperidine as cata2 lyst.The chemical structure of the synthesized compounds (4a—c)has been proved by elemental analysis,IR and1H NMR analysis.

K ey w ords:heterocyclic compounds;synthesis;isochro2 manopyridone

INF L UENCE OF A LCOH OL AN D AMINE ON VISCOSIT Y OF H YDR OPH OBICA LLY ASSOCIATING WATERΟSOL U2 B LE POLYMER SOL UTION

ZHOU YunΟxia(S outhwest Petroleum Institute,Chengdu Sichuan610500,China),GUO Y ongΟjun,LUO PingΟya. JOU RNAL O F S OU T HW ES T PET ROL EU M IN S TI TU T E, V ol.26,No.3,62-64,2004(IS S N1000-2634,IN CHI2 N ES E)

The influence of alcohol(including butanol,d odecanol,tetrade2 canol)and amine(including nΟhexylamine and nΟbutyl amine)on vis2 cosity of hydrophobically ass ociating waterΟs oluble polymer s olution has been investigated in this paper.It has been shown that alcohols can enhance the viscosity of the polymer s olution and the m ore alkyl car2 b on number of the alcohol the m ore notably increase of the viscosity of the polymer s olution.The viscosity of the polymer s olution decreases obviously because of addition of the amine including nΟhexylamine and nΟbutyl amine.

K ey w ords:hydrophobically associating waterΟsoluble poly2 mer;alcohol;amine;viscosity

RESEARCH OF HIGH TEMPERATURE S LAG MTC DIS2 PERSANT

XIE Y ingΟquan(S outhwest Petroleum Institute,Chengdu Sichuan610500,China),Y AN G YuanΟguang,PEN G ZhiΟgang,et al.JOU RNAL O F S OU T HW ES T PET ROL EU M IN S TI TU T E,Vol.26,No.3,65-67,2004(ISSN1000-2634,IN CHIN ES E)

Due to the high temperature deep well slurry has the char2 acteristic of high viscosity,high density and complex compo2 nent,the slurry dispersant has little dis persing effect in Mud to Cement(M TC)mud body and cannot make the slurry.A dis2 persant SSOB which contains various modified polyethylene gly2 col substance with nonionic groups has been developed.The SSOB dispersant has the character of low dosage,good dispers2 ing properties,and no influence on the performance such as the thickening time,the compression strength etc.Moreover,the dispersant is compatible with other additional chemicals(activa2 tor,retarder etc.),makes slurry the excellent comprehensive properties,improves the cementing quality of the deep well and complication well,supplies the guarantee for the exploitation of hydrocarbon reservoir in the high temperature deep well and has wide prospect of development and application.

K ey w ords:slag;M TC;dis persant;slurry;cement slurry

THE IMPORTANT INF L UENCE OF CEMENT S L URR Y’S STABI L IT Y ON WEIGHTΟLOSS

ZHAN G XingΟguo(Xinjiang Petroleum Administration, K aramay Xinjiang834000,China),L IU ChongΟjian,Y AN G YuanΟguang,et al.JOU RNAL O F S OU T HW ES T PET ROL EU M IN S TI TU T E,V ol.26,No.3,68-70,2004 (IS S N1000-2634,IN CHIN ES E)

With large numbers of weightΟloss experiments,the im2 portant influence of cement slurry’s stability,namely filtration and free water,on its weightΟloss is found and studied.The studies shows cement slurry with better stability,namely less filtration and free water,can remain higher effective column pressure during its setting to kick the formation fluids and pre2 vent annular flow in waitingΟonΟcement.

K ey w ords:cement slurry;weightΟloss;stability;filtra2 tion;free water

Ⅴ

No.3 Journal of S outhwest Petroleum Institute

电池制作及其电化学容量充放电曲线的测定

电池制作及其电化学容量充放电曲线的测定 [单项选择题] 1、下列四种电池（或仪器）中哪一种是不能用作直流电源（）。 A.蓄电池 B.干电池 C.标准电池 D.直流稳压电源 参考答案：C [单项选择题] 2、电池在充、放电过程中，两电极间的电势差值常和由能斯特方程计算的不一样，主要原因是（）。 A.充电过量 B.放电过量 C.用于连接的导线上的电阻太大 D.电极上极化现象存在 参考答案：D [单项选择题] 3、在实际测量中，电池的实际容量比理论容量（）。 A.高 B.低 C.相等 D.不能缺定 参考答案：B [单项选择题] 4、实验中建议的充放电制度一般采用的是（）。 A.0.01-0.1C B.0.1-0.4C C.0.5-1.0C D.任意方式 参考答案：B [单项选择题]

5、电池的充放电一般可采用的方式正确的说法是（）。 A.恒电流充电 B.恒电压充电 C.恒电流放电 D.上述三种方式都是 参考答案：D [单项选择题] 6、放电控制中，一般放到端电压多少为止？（） A.1.0V B.2.0V C.3.0V D.4.0V 参考答案：A [单项选择题] 7、在给定的充或放电条件下，所测得的电池的充电或放电曲线是（）。 A.电压随充或放电时间的变化关系曲线 B.电压与电流的变化关系曲线 C.电流随充或放电时间的变化关系曲线 参考答案：A [单项选择题] 8、在电极上产生极化的主要因素是（）。 A.来自电极表面电荷的积累 B.来自电极表面浓度的变化 C.来自电极或溶液内阻 D.以上三种因素之和 参考答案：D [单项选择题] 9、根据氢化物电极组成的电池，阴极贮氢的充电过程时电势随KOH浓度的增加而（）。 A.升高 B.降低 C.不变 D.不能确定 参考答案：A

超级电容的充放电实验曲线测试(含答案)

超级电容器的充放电实验曲线测试 一、实验目的 了解超级电容器结构组成以及工作原理，理解超级电容器等效电路模型，学会绘制超级电容器充放电曲线。 二、超级电容器结构以及工作原理 超级电容器通常包含双电极、电解质、集流体、隔膜四个部件。超级电容器电极由多孔材料在金属薄膜（常用铝）上沉积而成，而活性炭则是常用的多孔材料。充电时，电荷存储于多孔材料和电解质之间的界面上。电解质的选择往往是电容器单体电压和离子导电性之间妥协的结果，追求离子导电性的最大化可能会导致所选择的电解质分解电压低至1V 。隔膜通常是纸，起绝缘作用，可以防止电极之间任何的导电接触。必须能够浸泡在电解质中，并且不影响电解质的离子导电性。 超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V 以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，

为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷相应减少。 三、实验线路图 四、实验步骤 1、充电实验 按照实验线路图连接电路，将开关接到K端，使电源接入电路中，实现超级电容的充电过程，通过串口命令记录电流和电压。 2、放电实验 在超级电容器充电完成后，将开关接到另一端，将电源断开，实现超级电容的放电过程，通过串口命令记录电流和电压。 五、注意事项 1、超级电容器具有固定的极性。在使用前，应确认极性。 2、超级电容器应在标称电压下使用。当电容器电压超过标称电压时，将会导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短，在某些情况下，可导致电容器性能崩溃。 3、超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中，高频率的快速充放电会导致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加，在某些情况下会导致电容器性能崩溃。 4、外界环境温度对于超级电容器的寿命有着重要的影响。电容器应尽量远离热源。 5、安装超级电容器后，不可强行倾斜或扭动电容器，这样会导致电容器引线松动，导致性能劣化。

超级电容器原理及电特性

超级电容器原理及电特性 Principle & Electric characteristics of Ultra capacitor 辽宁工学院陈永真孟丽囡宁武 Chen Yongzhen Liao Ning Institute of Technology 摘要：叙述了超级电容器的基本结构和工作原理，比较全面地介绍了超级电容器的特点和在特定测试条件下的电特性，分析了如较大的ESR、发热等特殊电特性产生的原因，提出一些注意事项。 关键词：超级电容器 ESR 放电电流 Abstract:Basic structure & principle of ultra-capacitor are described in this paper. The characteristics about ultra-capacitor and electric characteristics in special measuring conditions are also introduced in detail. Some reasons of special electric characteristics are analyzed, such as big ESR and heat, at last some attentions are also put forward. Key words: ultra-capacitor ESR Discharging current 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型，超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlorate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由下式确定： 其中ε是电解质的介电常数，δ是由电极界面到离子中心的距离，s是电极界 面的表面面积。 由图中可见，其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸 附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一 特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5%或是更 少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。 这种超级电容器有几点比电池好的特色。 图1超级电容器结构框图 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器，原理示意图如图2。当外加电压加到 超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点：

电化学技术表征能量存储器件的性能

电化学技术表征能量存储器件的性能 一. 循环伏安曲线（CV） 【原理简介】 循环伏安法是以线性扫描伏安法的电位扫描到头后，再回过头来扫描到原来的起始电位值，所得的电流—电压曲线为基础的分析方法。扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环，故称为循环伏安法。 在一个典型的循环伏安实验中，工作电极一般为浸在溶液中的固定电极。为了尽可能降低欧姆电阻，最好采用三电极系统。在三电极系统中，电流通过工作电极和对电极。工作电极电位是以一个分开的参比电极（如饱和甘汞电极，SCE）为基准的相对电位。在循环伏安测试实验中，工作电极的电位以10 mV/s 到200 mV/s 的扫描速度随时间线性变化(Fig.1a)，在此同时记录在不同电位下的电流(Fig.1b)。 图一 【实验原理】 若电极反应为O＋e →R，反应前溶液中只含有反应粒子O且O、R在溶液均可溶，控制扫描起始电势从比体系标准平衡电势φ正得多的起始电势j i处开始势作 0附近时，O 正向电扫描，电流响应曲线则如图所示。当电极电势逐渐负移到φ 平 开始在电极上还原，并有法拉第电流通过。由于电势越来越负，电极表面反应物O的浓度逐渐下降，因此向电极表面的流量和电流就增加。当O的表面浓度下

降到近于零，电流也增加到最大值I pc，然后电流逐渐下降。当电势达到j r后，又改为反向扫描。随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的R粒子的浓度较大， 0时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成R 在电势接近并通过φ 平 的方向发展。于是R开始被氧化，并且电流增大到峰值氧化电流I pa，随后又由于R的显著消耗而引起电流衰降。整个曲线称为“循环伏安曲线”。如图2所示： 图二 【应用】 基于CV曲线的电容器容量计算，可以根据公式（1）计算。 (ν为扫速，单位V/s) （1） 从式（1）来看，对于一个电容器来说，在一定的扫速下做CV测试。充电状态下，通过电容器的电流i是一个恒定的正值，而放电状态下的电流则为一个恒定的负值。这样，在CV图上就表现为一个理想的矩形。由于界面可能会发生氧化还原反应，实际电容器的CV图总是会略微偏离矩形。因此，CV曲线的形状可以反映所制备材料的电容性能。对双电层电容器，CV曲线越接近矩形，说明电容性能越理想；而对于赝电容型电容器，从循环伏安图中所表现出的氧化还原峰的位置，我们可以判断体系中发生了哪些氧化还原反应。 二. 恒电流充放电曲线（CCD） 【原理简介】 恒电流充放电法，又称计时电势法。一种研究材料电化学性能中非常重要的方法之一。在恒流条件下对被测电极进行充放电操作，记录其电位随时间的变化规律，研究电位随时间的函数变化的规律。它的基本工作原理是:在恒流条件下对被测电极进行充放电操作，记录其电位随时间的变化规律，进而研究电极的充

详解电化学储能在发电侧的应用

详解电化学储能在发电侧的应用 随着国家环境保护力度的不断加强，新能源发电装机占比逐渐攀升，我国能源结构正在逐步转型。储能系统因其响应速率快、调节精度高等特点，成为能源行业中提升电能品质和促进新能源消纳的重要支撑手段，受到越来越多的重视。并且由于储能技术的进步、产品质量的提高及成本的不断降低，储能技术已具备商业化运营的条件，尤其是多种电化学储能技术的发展逐步扩展了储能的应用领域。 除了技术的进步，国家政策法规的颁布、电力市场改革的不断深化，也促进了电化学储能技术的应用推广。本文从数据的角度概要分析了储能在全球电力行业中的应用现状，对国内电化学储能产业政策和标准的发展进行了总结，并介绍了电化学储能的种类、技术路线以及系统集成关键技术。除此之外，针对发电侧，重点从功能、政策和应用项目等方面论述了电化学储能技术在大规模新能源并网、辅助服务及微电网等有商业价值的应用场景。最后对电化学储能技术在未来能源系统中的前景和发展趋势做了展望，并在促进储能商业化运营及推广方面对储能企业提出了发展建议。 目前，我国电力生产和消费总量均已居世界前列，且保持高速增长的趋势。国家统计局发布的数据显示，2018年1～12月份，全国规模以上发电企业累计完成发电量67914 kW·h，同比增长6.8%，全国全社会用电量68449 kW·h，同比增长8.5%。而在电能供给和利用方面我国却还存在结构不合理、综合利用效率较低、新能源渗透率较低、电力安全水平亟待提升等问题[1]，因此如何保障经济发展中电力生产与供应的安全，同时又实现节能减排与环境保护，是我国电力行业发展的重大战略任务。近年来飞速发展的储能技术为解决以上问题提供了可行性。储能成本和性能的改进、全球可再生能源运动带来的电网现代化与智能化，以及电力市场改革带来的净电量结算政策的淘汰、参与电力批发市场、财政激励、FIT（太阳能发电上网电价补贴政策）等因素的驱动，使得储能在全球掀起了一场发展热潮。储能使电能具备时间空间转移能力，对于保障电网安全、改善电能质量、提高可再生能源比例、提高能源利用效率具有重要意义。基于储能

储能产业发展的几大技术方向

储能产业发展的几大技术方向 发表于：2018-06-01 09:32:58 来源：计鹏新能源作者：贾婧 目前全球和中国储能累计装机中，抽水蓄能最高，占比超过90%，熔融盐储热第二，电化学储能排名第三;从发展速度来看，电化学增长较快，截至2016 年底，全球电化学储能装机规模达1756.5MW，近 5 年复合增长率27.5%，其中以锂离子电池累计规模最大，超过50%以上。

电化学储能具有设备机动性好、响应速度快、能量密度高和循环效率高等优势，是当前储能产业发展和研究的热点，主要应用在电网辅助服务、可再生能源并网、电力输配、分布式发电及微网领域。从我国已投运的电化学储能项目来看，分布式发电及微网领域的装机规模最大，其余依次为可再生能源并网领域、电力辅助服务领域和电力输配领域。 从技术方向来分类，主流电化学储能技术包括先进铅酸电池、锂离子电池、液流电池和钠硫电池等。 传统铅酸蓄电池凭借其安全可靠、容量大、性价比高等优点，在储能领域仍具有稳固的地位。特别近年来，以铅炭电池为代表的新兴铅酸技术的出现，大大弥补了传统铅酸电池比能量低、寿命短等缺点，使其在大规模储能领域的应用成为可能。 锂离子电池由正负电极、隔膜、电解液组成，具有能量密度大、工作温度范围宽、无记忆效应、可快速充放电、环境友好等诸多优点，目前在国内已广泛应用于各类电子产品、新能源车和电化学储能等领域。特别受下游新能源车动力电池需求增长拉动，产业规模和技术发展加速，技术和产业链正在进一步成熟。 液流电池具有充放电性能好、循环寿命长的特点，适合大规模储能应用。目前较为成熟的液流电池体系有全钒、锌溴、铬铁、多硫化钠-溴等双液体系，目前应用和研究最广的为全钒液流电池，但由于成本过高、体积密度低等原因，产业还处于起步阶段。锌溴、铬铁、多硫化钠等电池的技术或被垄断、或处于研发阶段，未能实现产业化。 钠硫电池以单质硫和金属钠为正负极，β-氧化铝陶瓷为电解质和隔膜，其工作温度在300-350 摄氏度之间，具有能量密度高、功率特性好、循环寿命长、成本相对低等优点，其规模约占全球电化学储能总装机量的30-40%，仅次于锂离子电池。但由于技术垄断，目前在国内无法大规模推广。 从技术成熟度、经济性、安全环保性等来看，锂电池是我国发展较快、有望率先带动储能商业化的电化学储能技术。

超级电容常识

超级电容常识 超级电容基本知识 寿命 超级电容具有比电池更长的使用寿命，但是寿命也不是无限延长的。寿命终止失效模式为等效串联内阻的增加（ESR）升高和容量降低。超级电容实际的寿命失效取决于应用要求，比如长期置于 高温下，高电压和超电流将会导致ESR升高和容量降低。这些参数降低将会延长超级电容的寿命。 电压 超级电容具有推荐的额定工作电压，电压值是根据超级电容在最高的额定温度下最长寿命来设定的。如果使用电压超出额定电压，将会导致寿命缩短，若过压时间较长则内部电解液将会分解为气体，当气体的压力逐渐增强时，超级电容内部将会漏液或防爆阀破裂。 极性 超级电容采用对称的电极设计，正负极具有类似的结构，当电容首次装配时，任一电极都可以被当成正极或者负极，一旦超级电容被第一次充满电时，超级电容将会形成极性化。所以我们在生产过程中将会100%的充放电将极性定型，同时在每一个电容的外壳上面都有一个负极标志。提醒一点：虽然超级电容可以被放电使电压降低到零电压,但是电极还是保留非常少的电荷，此时变换极 性是不可以的。超级电容按照一个方向被充电的时间越长，他们的极性就变得越强。若此时更改极性将会使电容的寿命缩短或损坏。 环境温度 能量型超级电容的正常工作温度是-25℃--70℃，功率型超级电容的正常工作温度是-40℃--60℃，温度及电压对超级电容寿命有影响。一般来说，超级电容的环境温度每升高10℃，超级电容的寿 命就会缩短一半。也就是说在可能的情况下尽可能在最低温度下使用超级电容，那么就可以降低电容的衰减与ESR的升高。若低于正常室温环境下，那么可以降低电压以抵消高温对电容的负面 影响。相反在低温下提高超级电容的工作电压，可以有效的抵消超级电容在低温下内阻的升高。在高温情况下，电容内阻升高。在低温下，电容的内阻升高时暂时的，因为在低温下电解液的稠性升高，降低了电离子的远动速度。 放电特性 超级电容放电时，是按照一条斜率曲线放电，当确定应用时超级电容的容量与内阻要求时，最重要的就是要了解电阻及容量对放电特性的影响。在高脉冲电流应用时，ESR是重要的因素。而在低电流应用时，容量是最重要的因素。计算公式如下： Vd=I(R+T/C) Vd是起始工作电压与截止电压之差，I是放电电流，R是超级电容的（ESR），T是放电时间，C是电容的容量。在脉冲应用中，由于瞬间放电流很大，为减少电压的降幅，选用低内阻（ESR） 的超级电容，而在低电流应用中则需要选用高容量的超级电容。 充电方法 超级电容可用各种方法进行充电，如：恒定电流、恒定功率、恒定电压或与能量储存器，或者电源并联（如电池、DC变换器等）。如果超级电容与电池并联，加一个低阻值串联电阻将降低超级 电容的充电电流，并提高电池的使用寿命。但是如果使用串联电阻，必须要保证电容的电压输出端是直接与应用器连接而不是通过电阻与应用器连接，否则超级电容的低内阻特性将是无效的。在高脉冲电流放电时，许多电池系统寿命均会缩短。 超级电容最大充电电流I计算公式如下： I=V/5R I是推荐的充电电流，V是充电电压，R是超级电容的ESR。超级电容持续大电流或者高压充电，超级电容将会过度发热，过度发热将会导致ESR增加，电解液分解气化，缩短寿命、漏液、防爆 阀爆裂。如果要使用高于额定值的电流或电压充电请与生产厂商联系。 自放电与漏电流 以不同方法进行测量时自放电与漏电流在本质上是相同的，针对超级电容的结构，从正极到负极具备高的耐电流特性。也就是说保留电容电荷，需要少量的额外电流，这个电流就是漏电流。而当移除充电电压时，电容不在负荷时，额外的电流会促使超级电容放电，称为自放电流。 电容串联 单体超级电容的电压一般为2.5V或2.7V，而在许多应用领域要求高电压，超级电容可以设置串联的方法来提高工作电压。确保单一的超级电容电压不超过其最大的额定工作电压是很重要的，否 则会导致电解液分解产生气体，ESR升高，寿命减短。 在放电或者充电时，在稳定状态下因容量和漏电流的差异，都将会导致串联的超级电容电压不平衡现象。在充电时，串联的超级电容将起到电压分配作用，因此低容量单体超级电容将承受更大的电压。例如: 2.5V1F的超级电容串联，两个容量分别为+20%与-20%，则电压分配如下： V1=V供*（C1/(C1+C2)） V供是供给给串联两端的充电电压。 假设V1是+20%容量偏差的电容，若供应充电电压是5V,则： V1=5*(1.2/(1.2+0.8))=3V 所以，为避免超出3V的超级电容浪涌电压范围，串联超级电容的容量必须在同一个趋势范围内。在选择上可以用主动电压平衡电路来降低因容量不平衡而产生的电压不平衡。注意大多数的电压 平衡方法都是取决于具体的应用。 主动电压平衡 主动电压平衡电路能使串联的超级电容上的电压与额定电压驱同而不管有多少电压不平衡产生。同时在确保精确的电压平衡时，主动平衡电路在稳定的状态下只有非常低的电流，只有当电压超出平衡范围时才会产生比较大的电流，这些特性使得主动电压平衡电路是超级电容频繁充放电及如电池等能量组件使用的最理想电路。 被动电压平衡 被动电压平衡电路是忽略超级电容的低内阻直接用高电阻来做平衡电路的一种方式，采用与电容并联电阻进行分压，这就允许电流从高电压的超级电容上流至低电压的超级电容上实现电压的平衡。最重要的是选择平衡电阻值来提供超级电容更高电流的流动而不增加超级电容的漏电流。同时要注意：“漏电流在温度升高的时候会上升的”。 被动平衡电路使用在不频繁对超级电容进行充放电的应用，同时要能够承受平衡电阻的额外电流负载时推荐使用。使用平衡电阻时，建议使用平衡电阻的应能提供最差超级电容漏电流50倍以上 的额外电流，根据最高使用温度选择在3.3KΩ-22KΩ。尽管更大阻值的平衡电阻在大多数情况下也能工作，但其不可能在不匹配的超级电容串联时起到保护作用。 逆向电压防护 当串联使用的超级电容被快速放电时，低容量超级电容的电压将潜在地变为负电压。这是不允许的，同时会降低超级电容的使用寿命。一个简单的防护逆向电压的方法是在超级电容上的两端增加一个二极管。使用适当的额定的限流二极管替代标准的二极管，还可以保护超级电容出现过电压现象。在选择二极管时，“二极管必须能够承受电源的峰值电流”。 脉动电流 超级电容虽然有比较低的内阻，但是相对电解电容而言，其内阻还是比较大的，若应用在脉冲电流的环境中容易引起内部发热，从而导致电解液分解、ESR增加，从而引起超级电容寿命缩短。为了保证超级电容的使用寿命，在应用在脉冲环境中时，最好要保证超级电容表面的温度上升不超过3℃。 比能量： 是指电容器在单位重量或单位体积下所给出的能量。（通常也叫：重量比能量、体积比能量、能量密度）单位：WH/KG、WH/L 超级电容器的能量与本身的容量与电压有关。其计算方式： E=CV2/2 (单位焦耳J)

锂离子电池材料的制备和电化学性能表征

锂离子电池材料的制备和电化学性能表征（24学时） 一、实验目的 1．了解尖晶石化合物的组成和结构特点。 2．了解无机材料制备方法－共沉淀制备前驱体、高温固相煅烧制备的反应原理和反应过程中影响产物性质的一般因素。 3．了解嵌入－脱嵌反应和锂离子电池的工作原理。 4．了解电池性能的主要参数和测试的主要方法。 二、实验原理 由于具有电压高、容量高、无污染、安全性好、无记忆效应等优异性能，锂离子电池自1991年实现商品化以来，其种类、性能和应用领域都得到了巨大的发展，已经成为最重要的二次电池之一，在手机、笔记本电脑、摄像机、便携式DVD、电动汽车甚至核潜艇上都得到了广泛应用。而锂离子电池的相关研究也成为当前化学电源研究的重要领域。 锂离子电池性能的优劣主要取决于电池的正极。锰酸锂LiMn2O4是重要的锂离子电池正极活性材料之一，其结构见图1。该结构为锂离子的迁移提供了三维通道。 图1 尖晶石晶体结构图 在充电过程中，锂离子从正极脱出，嵌入负极活性物质；而放电过程中，是锂离子的回嵌的过程，因此锂离子电池又称为“摇椅式”电池。电池充放电时，正极活性材料中Li+的迁移过程可用下式表示。 充电时：LiMn2O4→ xLi+ + Li1-x Mn2O4 + xe- 放电时：Li1-x Mn2O4 + yLi++ ye-→ Li1-x+y Mn2O4(0≤x≤1，0≤y≤x)

LiMn2O4的制备方法很多，常用的有高温固相法、低温固相法和液相法等。其中，低温固相法和液相法（溶胶-凝胶法）虽然反应温度低，但产物的电化学性能不能令人满意，且不适合工业化生产的需要。所谓高温固相法，就是在高温下使锰源化合物与锂源化合物反应生成LiMn2O4。 由于LiMn2O4在高温下容量衰减较快，需通过钴离子掺杂进行改性制备LiMn1.85Co0.15O4. 对固相反应而言，原料的分散状态(粒度)、孔隙度、装填密度、反应物的接触面积等对固-固反应速度有很大的影响。必须将反应物粉碎并混合均匀以使原子或离子的扩散比较容易进行。就本实验所制LiMn1.85Co0.15O4，采用共沉淀制备锰钴碳酸盐前驱体以达到离子程度的均匀混合，然后混锂后再进行高温煅烧制备出目标化合物。 三、仪器和试剂 1．仪器 X射线衍射仪，充放电测试仪，箱式电阻炉(马弗炉，Mufflefurnace)，磁力搅拌器，陶瓷坩埚, 电子分析天平，恒温鼓风干燥箱，研钵，压力机，手套箱。 2．试剂 2 mol·L-1硝酸锰钴（Mn/Co=1.85:0.15）溶液，碳酸钠，碳酸锂，金属锂片，Celgard 2400隔膜，PVDF粘合剂（13%），导电炭黑，石墨，电解液（1.15mol·L-1LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)－碳酸二甲酯(DMC)－碳酸二乙酯混合溶液(质量比：EC:DMC:DEC=3:1:1)，电池壳。所有试剂均为分析纯。 四、实验步骤 1．Mn0.925Co0.075CO3的制备 取2mol·L-1的硝酸锰钴溶液40mL(约0.08mol), 至于烧杯中。称取8.9g碳酸钠（MW105.99）(0.084mol)至于另一烧杯中，然后加去离子水约80mL，摇动至完全溶解。将搅拌磁子至于硝酸锰钴溶液中，然后置于电磁搅拌器上进行搅拌，并开动加热，待温度升至约50℃，用滴管将碳酸钠溶液缓慢加入到硝酸锰钴溶液中（约半小时加完），控制溶液最终pH值约7.5~8，持续搅拌1h，将沉淀抽滤并用蒸馏水洗涤5~6次，而后置于恒温鼓风干燥箱中于110℃烘干。 2．锂锰钴复合氧化物LiMn1.85Co0.15O4的制备 将干燥的Mn0.925Co0.075CO3（MW 115.24）与摩尔比1:0.27的碳酸锂（MW 73.89）在研钵中研磨混匀（约需45～60min），转入陶瓷坩埚中，压实，开口放置在马弗炉中，于600℃下反应4h，然后升温至850℃反应12h，自然冷却到室温。 3．结构表征 将反应产物从马弗炉中取出，用研钵研细，装袋，标明合成人和合成条件，然后进行XRD表征。 4．电极的制备 将LiMn2O4粉末、石墨、乙炔黑以及作为粘合剂的PVDF(13%)按质量分数比86：2：6：6的比例混合均匀，加入适量的溶剂Ｎ-甲基吡咯烷酮（NMP）后，

电化学储能体系的特点及其未来发展的思考

电化学储能体系的特点及其未来发展的思考 摘要：电化学储能的发展史，是一部材料科技的进步史，工艺的改进使其量变，新材料的改进使其质变。突破应用范围，提高能量密度，始终是电化学储能技术的不便追求，各类电化学储能电池在生产和研究中具有不同的创新和应用方向。当前主要的电化学储能电池有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、超级电容器、锂离子电池。 关键词：电化学储能铅酸电池氧化还原液流电池钠硫电池超级电容器锂离子电池 正文：电能是现代社会人类生活、生产中必不可缺的二次能源。随着社会经济的发展,，人们对电的需求越来越高。电力需求昼夜相差很大，但发电厂的建设规模必须与高峰用电相匹配，投资大利用率较低。另一方面，随着化石能源的不断枯竭，人们对风能、水能、太阳能等可再生能源的开发和利用越来越广泛。为了满足人们生产及生活的用电需求，减少发电厂的建设规模，减少投资，提高效率，以及保证可再生能源系统的稳定供电，开发经济可行的储能(电)技术，使发电与用电相对独立极为重要。目前储能技术应用最为广泛的是电化学储能，电化学储能的发展史，是一部材料科技的进步史，工艺的改进使其量变，新材料的改进使其质变。突破应用范围，提高能量密度，始终是电化学储能技术的不便追求，各类电化学储能电池在生产和研究中具有不同的创新和应用方向。当前主要的电化学储能电池有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、超级电容器、锂离子电池。下面分别介绍这几种储能电池的特点。 铅酸电池：自从1859年法国人普兰特发明了铅酸电池，至今已有140多年的历史。在这一百多年来以来，人们对它进行不断的研究和改进，是铅酸电池得到了极大的发展，目前主流的是阀控式铅酸电池。铅酸电池由于材料来源广泛，价格低廉，性能优良，目前应用比较广泛。 铅酸电池的优点：

超级电容器材料电化学电容特性测试

华南师大学实验报告 学生:蓝中舜学号：20120010027 专业：新能源材料与器件勷勤创新班年级、班级：12新能源 课程名称：化学电源实验 实验项目：超级电容器材料电化学电容特性测试 实验类型：验证设计综合实验时间：2014年5月19日-26日实验指导老师：易芬云组员：吕俊、郭金海、余启鹏 一、实验目的 1、了解超级电容器的原理； 2、了解超级电容器的比电容的测试原理及方法； 3、了解超级电容器双电层储能机理的特点； 4、掌握超级电容器电极材料的制备方法； 5、掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。 二、实验原理 1、超级电容器的原理 超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。

图1 超级电容器的结构图 从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。 (1) 双电层超级电容器的工作原理 双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。这时对某一电极而言,会在一定距离（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。根据双电层理论,双电层的微分电容约为20μF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。双电层电容具有响应速度快，放电倍率高的特点，但储能比电容较小。 (2) 法拉第鹰电容的工作原理 法拉第鹰电容器是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,电极活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。对于法拉第准电容,其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储,而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。对于其双电层中的电荷存储与上述类似,对于化学吸脱附机理来说,一般过程为电解液中的离子一般为或在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极溶液界面,而后通过界面的电化学反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中若电极材料具有较大比表面积的氧化物,就会有相当多的这样的电化学反应发生,大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中,同时所存储的电荷通过外电路而释放出来,这就是法拉第准电容的充放电机理。法拉第鹰电容可以产生高的比电容，但因为法拉第反应的限制，倍率性能比双电层电容小。

电化学工作站测试超级电容器

电化学工作站测试超级电容器 郑州世瑞思仪器科技有限公司 RST5200E电化学工作站提供了许多适合于超级电容器研究的电化学测试方法，如：“恒流限压快速循环充放电”、“微分电容-频率”、“线性扫描循环伏安法“交流阻抗谱”等，可对超级电容器进行深入的研究。 以前，人们大多用“电池循环充放电仪”对超级电容器进行充放电研究。随着超级电容器应用领域的不断扩展，特别是对快速充放电要求的提高，使得用电池测试仪器研究超级电容器显得力不从心。对超级电容器实施快速循环充放电，需要设立一个限压换流模块，属于反馈控制。就是当采集单元检测到超级电容器两端的电压超越限定值后，立即通知驱动单元改变电流方向。 限压换流的过程必须快速，否则就控制不住了。在 RST5200E 电化学工作站中，限压换流功能由硬件实现，从而确保该反馈控制过程小于1mS。下表列出了一些电化学测试仪器的指标： 下面对RST5200E 电化学工作站中的“恒流限压快速循环充放电”方法进行简单介绍。 1. 超级电容器的连接 工作电极引线夹（绿蓝）接超级电容器正极。 参比电极引线夹（白黄）接超级电容器负极；辅助电极引线夹（红）接超级电容器负极。

运行中，请勿断开超级电容器。 2 .软件功能 2.1 界面布局 左上部为文本框，用于显示运行参数和测量数据。 左下部为操作面板，用于接受操作者的选择。 右边为图形框，用于显示被选中的循环，这些循环属于该曲线的一部分。 2.2 定位显示 本方法将测量获得的曲线以充放电循环作为单元显示于图形框中。通过操作面板，可调 整显示参数：起始循环、循环数量。 2.3 数据计算 软件自动对显示于图形框中的循环进行统计计算，其结果显示于文本框中，有：充电电量、放电电量、充电能量、放电能量、电容量、等效串联电阻等。 2.4 删除多余的循环 在菜单<数据处理>中，设有三个子菜单。 2.4.1 <删除最初一个循环>：通常，由于电容器测试前的初始储能状态不确定，使得第一个循环的充放电不完整，通过该菜单可以删除这个循环。再次操作该菜单，可再删除一个循环。 2.4.2 <删除最后一个循环>：如果手动停止实验，最后一个循环的充放电可能不完整，通过 该菜单可以删除这个循环。再次操作该菜单，可再删除一个循环。 2.4.3 <删除未显示的循环>：如果只对显示于图形框中的那些循环感兴趣，可用该菜单删除显示区域之外的循环。 3. 设定参数 3.1 充电电流

高压LiCoPO_4正极材料的制备及电化学性能改善研究

高压LiCoPO_4正极材料的制备及电化学性能改善研究 LiCoPO4正极材料放电电压平台高(～4.8 V vs.Li+/Li)、能量 密度高(800 Whkg-1);同时P-O共价键使其结构稳定,有望成为新一代锂离子电池正极材料之一。但与此同时,LiCoPO4面临低的电导率、 低的锂离子迁移率、高压下电解液的持续氧化分解、电解液中HF的 侵蚀及充放电过程中Li/Co混排引起结构变化等问题,由此造成充放 电过程中LiCoPO4电池容量快速衰减,严重制约了其推广应用。针对LiCoPO4电池存在的这些问题,本课题从原位碳包覆、电解液优化、 Cr3+离子掺杂改性、AlF3包覆改性和LiCo0.9Mn0.1PO4@Li3PO4核- 壳结构材料等五个方面入手开展相关研究工作,以制备具有长循环寿 命的LiCoPO4正极材料。具体内容如下:(1)原位碳包覆LiCoPO4材料(LCP@C)研究。以溶胶-凝胶法合成LCP@C材料,利用回转炉低温均匀 去除部分碳,而后再高温烧结的方法,制备出具有均匀碳包覆层的 LCP@C材料。研究发现:碳包覆会造成首次库伦效率降低,但在后续循环过程中可以稳定固-液界面,缓解高压下电解液的持续氧化分解,进 而提高电池循环稳定性。LCP@C(1.5 wt.%碳包覆)电极0.1 C下首次 放电比容量为130.2 mAh g-1,50次循环容量保持率为75%。(2)适用于LiCoPO4高压体系的电解液优化研究。为减缓5 V高压下Co3+/Co2+对EC基电解液的持续氧化分解,将添加剂TMSB引入LiCoPO4电解液 体系中。研究发现:在首次充电过程TMSB于4.3 V氧化分解,且其氧 化分解产物在LiCoPO4电极表面参与形成均匀稳定的SEI膜,在后续 充放电过程中减缓电解液的持续氧化分解,进而提高电池循环稳定性。

镍钴锰酸锂电化学性能测试 首次放电比容量及首次充放电效率测试

I C S77.160 H21 中华人民共和国国家标准 G B/T37201 2018 镍钴锰酸锂电化学性能测试首次放电比容量及首次充放电效率 测试方法 E l e c t r o c h e m i c a l p e r f o r m a n c e t e s t o f l i t h i u mn i c k e l c o b a l tm a n g a n e s e o x i d e T e s tm e t h o d f o r d i s c h a r g e s p e c i f i c c a p a c i t y a n d c h a r g e-d i s c h a r g e c o u l o m b i c e f f i c i e n c y o f t h e f i r s t c y c l e 2018-12-28发布2019-11-01实施 国家市场监督管理总局

中华人民共和国 国家标准 镍钴锰酸锂电化学性能测试 首次放电比容量及首次充放电效率 测试方法 G B/T37201 2018 * 中国标准出版社出版发行 北京市朝阳区和平里西街甲2号(100029)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址:w w w.s p c.o r g.c n 服务热线:400-168-0010 2018年12月第一版 * 书号:155066四1-61848

前言 本标准按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本标准由中国有色金属工业协会提出三 本标准由全国有色金属标准化技术委员会(S A C/T C243)归口三 本标准起草单位:济宁市无界科技有限公司二广东邦普循环科技有限公司二天津国安盟固利新材料科技股份有限公司二中伟新材料有限公司二四川科能锂电有限公司二格林美(无锡)能源材料有限公司二北大先行科技产业有限公司二西安赛尔电子材料科技有限公司二湖南邦普循环科技有限公司二西北有色金属研究院三 本标准主要起草人:李俊峰二蒋永善二余海军二谢英豪二李长东二林若虚二周玉林二訚硕二任永志二王一乔二岳波二许开华二徐世国二姜晓瑞二杨焕芳二冯庆二吴怡芳三

电化学储能电站施工及验收规范大纲

电化学储能电站施工及验收规范 Code for construction and acceptance of electrochemical energy storage station 一、大纲编制的基本思路 1、编制内容的边界范围 一般情况下，工程建设活动有规划、勘察、设计、施工（包括安装）与监理、验收、运行、维护、拆除等组成。 本标准内容范围将集中在储能电站施工、设备安装、验收这三个环节，且应与正在编制国家标准《电化学储能电站设计规范》保持内容上的相互支撑、补充与衔接，与未来将会制定有关运维与拆除环节的标准相衔接。 2、标准的构成格式 本次大纲主要针对正文部分和补充部分。本标准要严格按照住建部出版的《工程建设标准编制指南》规定的格式。 ●前引部分（封面、扉页、公告、前言、目次）、正文部分（总则、术语、 技术内容）、补充部分（附录、标准用词说明、引用标准名录） 3、技术内容重点 ●土建工程施工的通用性技术要求； ●土建工程施工中针对储能装置等特殊需求的专业技术要求 ●储能电站中通用电气设备的安装与调试的通用技术要求； ●电化学储能装置安装与调试的专用技术要求； ●储能电站整体系统调试的技术要求； ●土建施工及设备安装调试过程中各自针对环境与水土保持的技术要求； ●土建施工及设备安装调试过程中各自针对的安全与职业健康技术管理 规定； ●设备及储能电站的整体验收技术要求。 4、需要开展研究的工作 目前，根据查询，国际上尚没有发布关于电化学储能电站施工与验收方面的技术标准。储能电站建设案例并不是很多，在运行的储能电站数量少、运行时间短，此外，储能电站建设中

引入了许多新技术、新设备等，还处于不断进步与完善过程中。因此，编制标准的征求意见阶段需要安排必要的调研工作、技术测试与试验工作以及专题论证工作。 大纲准备阶段，应对上述情况给予重视。 5、参编单位的结构 为确保高质量完成标准的编制，参编单位中尽可能包含具有以下属性的单位：1、具有储能电站建设业绩的业主单位；2、具有储能电站建设施工业绩与经验的工程施工单位，3、具有储能电站设计业绩与经验的设计单位，4、储能电站核心设备与新技术装置的研发与生产单位，5、具有参与储能电站系统调试与试运经验的科研（或技术业务）单位，6、参与国家标准《电化学储能电站设计规范》编制的单位等。 二、规范编制大纲 本规范根据住房和城乡建设部《关于印发<2013年工程建设标准规范制订修订计划的通知>(建标[2013]6号)的要求，由中国电力企业联合会和中国电力科 学研究院会同有关单位共同编制完成。 牵头单位：中国电力企业联合会中国电力科学研究院 参编单位：（建议）上海电力设计院、冀北电力公司、北京输变电工程公司、浙江电力公司、福建电力公司、上海电力公司、许继集团有限公司、深圳比亚迪股份有限公司、宁德时代新能源科技有限公司、大连融科储能技术发展有限公司、北京普能世纪科技有限公司 目的：为保证电化学储能电站的工程质量，促进工程施工及验收技术水平的提高，确保电化学储能电站建设的安全可靠，制定本规范。 适用范围：本规范适用于新建、改建和扩建的固定式电化学储能电站，不适用于移动式储能电站工程。

超级电容充放电控制电路毕业设计

摘要： 超级电容是一种新型的储能元器件，它相比其它储能元器件有很多优势，比如比功率高、充电速度快、放电电流大、使用寿命长、不污染环境等。其具有很大的发展前景，但由于超级电容个体电压不高，在实际应用过程中就需要将多个超级电容器串并联起来使用。超级电容在充放电过程中，由于其参数存在离散型，即使是同一型号同一规格的超级电容器在其电压内阻、容量等参数上都存在一定的差异。这样容易导致某些超级电容器过充或者过放，影响超级电容的使用寿命和系统的稳定性。同时，超级电容器在充放电过程中，超级电容器电池组两端的电压会逐渐下降，尤其经过长时间大电流放电，电压下降明显，会直接影响负载的工作稳定性。因此研究超级电容充放电控制电路对提高超级电容的使用寿命和系统稳定性十分重要。本文主要对超级电容器电池组采取电压均衡和放电稳压就行设计研究。超级电容器的充放电控制电路有恒压、恒流等。放电稳压有稳压管稳压、三极管反馈稳压、集成芯片稳压等等方式。联系到将超级电容用作后备电源，针对实际应用列出了详细的设计步骤和研究方案。 关键词: 超级电容电压均衡放电稳压 1 绪论 1.1 课题研究背景及意义 1.1.1 课题研究背景 当今社会由于石油、煤炭等传统能源日益枯竭，并且这些燃料燃烧对生态环境已经造成了严重的污染。目前人们研究的层次还是局限于油、气混合动力燃料电池、化学电池的研究。虽然其研究成果取得了一定的成就但是他们的缺点也日益暴露出来比如：使用寿命短、温度特性差、充放电速度慢、放电电流小、对环境仍有一定的污染等。所以人们迫切希望能够找到一种绿色环保的储能装置代替传统的储能装置。而超级电容器是上个世纪80年代初出现的新产品，是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能器件。它有其功率高、充电速度快、储存能量大、放电电流大、使用寿命长、免维护等优点。随着便携式电气设备的普及，超级电容在电动汽车的研发、UPS电源、数码产品电源的发展获得了极大的