电池储能技术课题组隶属于上海市电力材料防护与新材料重点实验室和上海电力能源转换工程技术研究中心。课题组主要开展电池性能状态评估、电动汽车动力电池梯次利用、电池储能系统在电网中的应用、储能应用规划及技术经济性分析，承担了教育部、上海市科委项目，上海市教委项目，上汽集团、国网上海市电力公司等的横纵向项目20多项。实验室拥有单体电池检测设备Arbin BT2000 4-200-5一台，Arbin BT2000 4-100-5 三台，Bitrode MCV 2-200-5二台，模块电池检测设备Bitrode FTV 1-300-100四台，一套光伏微网系统，Autolab电化学工作站，PARC 2273型电化学工作站，SU-1500型扫描电子显微镜，LabRAM HR表面增强拉曼光谱仪，德国布鲁克X-射线衍射仪，FTIR-8400S傅立叶变换红外光谱仪。

相变储能材料(Phase Change Materials, PCMs)是一类利用在某一特定温度下发生物理相态变化以实现能量的存储和释放的储能材料，一般有固- 液、液-气和固- 固相变三种形式。目前固- 液相变储能材料的研究和应用最为广泛，其工作原理为：当环境温度高于相变温度时，材料由固态转变为液态并吸收热量；而当环境温度低于相变点时，材料由液态转变为固态释放热量，从而维持环境温度在适宜水平。在相变过程中材料吸收或释放的热量，是材料单一相态温度变化时吸收或释放热量的几十倍甚至几百倍。

项目简介相变储能材料(Phase Change Materials, PCMs)是一类利用在某一特定温度下发生物理相态变化以实现能量的存储和释放的储能材料，一般有固- 液、液-气和固- 固相变三种形式。目前固- 液相变储能材料的研究和应用最为广泛，其工作原理为：当环境温度高于相变温度时，材料由固态转变为液态并吸收热量；而当环境温度低于相变点时，材料由液态转变为固态释放热量，从而维持环境温度在适宜水平。在相变过程中材料吸收或释放的热量，是材料单一相态温度变化时吸收或释放热量的几十倍甚至几百倍。相变储能材料储能原理应用范围 相变储能材料响应温度变化所吸收和释放的是热能，在能源高效利用和节能保温领域有着重要的应用价值。如在建筑节能、太阳能利用、电力调峰、可再生能源消纳、工业余热回收、纺织品、冷链运输、医疗健康等方面拥有广阔的市场前景。项目阶段目前主要的有机相变储能材料产品来源于石油工业的副产物，具有毒性，同时因其不会被生物降解，所以会持续产生污染。研发团队以国家“973”计划—“节能领域纳米材料机敏特性关键科学问题研究”课题的研究成果为基础，制备出基于天然可再生油脂的相变储能材料，具有绿色无毒、可降解、储能密度高等优点。通过对相变储能材料进行功能化处理，使其进一步具备了高光热转换效率及良好的储热特性，可高效利用太阳能及环境余热。知识产权已申请相关专利。调配出的不同温度的相变材料合作方式1. 可根据实际情况研制具有不同相变温度的相变储能材料，满足各类需求。2. 完成建筑用相变储能材料产品的中试生产，实现了相变储能产品的规模化制备，如相变储能地板产品、相变储能板材产品、相变储能粉体（60-80 目）与颗粒产品（5-8mm）等。其中，地板和板材产品可用于室内装修，粉体和颗粒产品可作为其他建材，如涂料、砂浆、水泥、混凝土等的添加物。3. 将制备的相变储能板材应用于实际建筑中，取得了很好的控温节能效果：在北京冬季时，白天室内最多可少升温6-7℃，且温度峰值延后近2 小时；夜晚温度降低时间最多可延迟近6 小时（以降至18℃为限），有效减小了室内温度波动，并减少约18% 的采暖电能能耗。4. 研制了一套相变蓄热供暖系统，该系统可将谷电期间的电能转化为热能并存储于相变储能材料内，在非谷电期间则利用所存储的热能实现用户供暖。该系统有助于电力系统的蓄热调峰，也可有效降低终端用户的采暖成本，同时还具有体积小、效率高、节能环保、无噪音、使用寿命长等优点。该系统实际的供暖试验结果表明，峰电期间仅利用存储的热量进行供暖，可使用户室内平均温度达到20℃，与市政集中供暖相比，采暖费用可降低约20%。

一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 储能技术是解决大规模可再生能源高效入网，实现碳达峰、碳中和战略目标的重要途径。本成果新型液态金属电池采用液态金属和无机熔盐作为电极和电解质，具有寿命长、响应快、成本低、安全可靠等优势，是规模储能应用领域的理想选择。电池设计与工作原理为：电池正负极均为金属，电解质为无机盐，运行时正负极金属和无机盐电解质均为熔融态，液态金属与无机熔盐互不混溶，且由于密度差自动分为三层。在设计电极和电解质材料时，上层负极液态金属密度最小，下层正极液态金属密度最大，中间熔盐电解质层密度居中，熔盐电解质兼作正负极间隔离层。

储能系统在应用领域上可以分为小型无间断备用电源（UPS）和大型储能电站(ESS)。UPS在停电时给计算机/服务器、存储设备、网络设备等计算机、通信网络系统或工业控制系统、需要持续运转的工业设备等提供不间断的电力供应。储能电站的目的是“削峰填谷”，可以把用电低谷期低价的富余的电储存起来，在用电高峰电价较贵的时候再拿出来用，可以为用户节约用电成本，也能在用电高峰期缓解电网的用电压力。储能电站还可存储太阳能和风能电站产生的电能，将光能和风能与储能电站完美结合，实现可再生电能的有效储存，突破时间和气候限制，解决了太阳能和风能由于缺乏稳定性而造成的并网难题。 目前市场上的储能系统多是基于传统的铅酸电池，铅酸电池虽然价格低廉，但是它主要有由金属铅构成，对环境危害很大，而且它们寿命很短，通常2年左右就要更换全部电池。在低碳和环保背景下，用新型锂离子电池代替传统铅酸电池是大势所趋。市场上虽然有基于磷酸铁锂电池的储能系统，但是磷酸铁锂电池价格高昂，是铅酸电池的3倍以上，在市场上缺乏竞争力。本项目的目的是设计和制造基于廉价三元锂电池的储能系统，可以用于备用电源也可以用于储能电站，比基于磷酸铁锂的储能系统在成本上能降低30%以上，而且能量密度更高，重量和占地面积都显著降低。崔博士已经和敦煌力波能源科技有限公司合作在敦煌市的国家级光电基地建造了一个0.5MWH的储能电站系统，这个储能电站主要服务于一个光伏电厂，在光照不足时为辅助光伏板以产生稳定的输出功率。

相变储能建筑材料是一种新型建筑节能功能材料，利用相变储能材料可以使传统能 源和可再生能源在时间和地点上进行流转，自动优化能源供应和需求之间的匹配，属于 智能能源概念，在建筑中应用这种材料可以显著提高建筑物的能源利用效率。其应用方 式主要有两种。 一为通过相变储能建筑材料提高建筑物对太阳能等可再生能源的利用率，降低建筑 物对传统能源的消耗。冬季，太阳能热丰富的时间为晴天和白天，而我们对太阳能热需 求的时间是晚上和阴天，二者之间存在明显的时间不匹配性。利用相变储能建筑材料蓄 存白天和晴好天气时的太阳能，在夜间或阴天将蓄存的太阳热释放出来，使得建筑物利 用太阳能的时间从白天和晴天延长到夜间和阴天，提高建筑物利用太阳能的量。 第二种方式为利用相变储能建筑材料开发电力峰谷差“绿色能源”。在盛夏或严寒时 节，空调或其它取暖设备往往集中使用，造成电力紧张，供不应求，而在其它时段又出 现电力过剩的现象，出现所谓的电力峰谷现象。为消除峰谷现象，电力公司将峰时电价 定为谷时电价的数倍，以鼓励电力用户多使用谷时电。在电力需求的波谷时段，可采用 相变储能复合材料蓄存由空调或制热设备产生的冷量和热量，用于电力波峰时段，降低 空调等设备在波峰时段的用电强度，可从用户侧的角度减小电力峰谷差，实现节电、节 能和节约资源的效果。 此外，相变储能建筑材料还可提高建筑物的热稳定性和热惰性，减缓建筑物室内的 温度波动，在提高室内热舒适度的同时，降低空调制冷或加热设施的启、停频率和运行 时间，并达到降低建筑能耗的目的。

包括多孔金属氧化物材料、石墨烯基复合材料、柔性超薄超级电容器材料的制备技术。这些材料的研发已取得了一系列成果，申请了多项发明专利，在国际刊物上发表了多篇文章。希望与企业合作，一方面加快向可穿戴电子产品电源的研发进度，提升技术水平，另一方面希望对制备工艺进行放大，实现产业化。也希望一起合作申报项目、工程技术平台等。

本项目针对大容量电池储能系统的灵活供电问题，设计了集装箱式的电池储能系统。在高档别墅、机场、工厂、社区等孤岛环境下，该移动储能系统能有效提高电能质量和稳定性。 本课题成功开发了100Kw移动电池储能系统，针对电池与用电负荷之间的交直流转换，移动电池储能系统PCS采用了先进的T型三电平拓扑，该拓扑具输出电压谐波含量小、导通损耗小等特点，配合空间矢量调制还能够提高直流电压利用率。为应对直流侧550-700V的电池电压， 高达100KW功率的高压大功率使用场合，拓扑采用的IGBT耐压能力强，功率密度高，大大缩小了PCS的体积。整个移动电池储能系统的电池、PCS以及散热装置集成在集装箱内，使用灵活，在具备电网接入的条件下可对电池进行充电， 其他情况下电池放电进行能量供应。 该项目曾获安徽省科技计划项目资助，项目具有重大的科研价值，项目成功实现产品转化，解决了孤岛条件下的稳定供电问题。

POMs开放式的结构适合大的金属阳离子（比如Na+、Mg2+等）的快速传输，单个多金属氧酸盐团簇处于纳米尺寸（1～5nm）在发生可逆的多电子的电化学氧化还原反应的时候能够保持其团簇结构的稳定，从而实现稳定的高能量密度和高功率密度；该类材料易于设计合成，易于回收，是未来极具发展潜力的新型储能材料。首次报道了Li7[V15O36(CO3)]作为锂离子电池正极材料在1.9-4.0 V的电压窗口范围能发生稳定可逆的14个电子的反应，表现出250 mAh g-1的放电比容量，而且依然能够保持Li7[V15O36(CO3)]团簇结构的稳定。展示出POMs材料作为储能材料的应用潜力。同时，后续的研究发现{V15O36(CO3)}团簇中，由于不同位点的钒展示出不同的电化学性能，对金属锂表现为不同的氧化还原电位，因此{V15O36(CO3)}团簇展示出同时作为正极和负极的潜力，作为锂离子对称电池，在100 A g-1的电流密度下仍然能够提供高达51.5 kW kg-1的能量密度。同时在1 A g-1的电流密度下循环500周，容量保持率仍然在80%以上。显示出POMs材料良好的结构稳定性和循环性能。进一步的研究表明， {V15O36(CO3)}团簇不仅具有良好的储锂能力，而且作为钠离子电池材料也显示出优异的性能。 {V15O36(CO3)}团簇作为钠离子电池正极材料能够释放240 mAh g-1的容量，全电池的能量密度可以达到390 Wh kg-1（Adv. Mater. , 2015, 27, 4649–4654; Adv. Energy Mater. 2017, DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.201701021）。

本发明公开了一种用于高温储能电池的密封材料，其中所述密 封材料是将 CaAl2S4 作为密封剂，以氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化 硼、氮化硼和氮化铝粉末中的一种或多种组合物作为密封材料热膨胀 系数的调节剂，加上己烷粘结剂构成。通过添加一些陶瓷材料对 CaAl2S4 进行改性，调节材料的热膨胀系数，使其达到满足对各种基 底材料进行粘结的目的，因此本发明的密封材料具有较高的热稳定性 和化学稳定性，能够满足高温储能电池的长期稳定的需要。