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[材料资讯] 李先锋、张华民:基于机器学习的全钒液流电池性能和成本预测方法和优化策略

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发表于 2020-9-27 15:51:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
近日,由我所储能技术研究部(DNL17)李先锋研究员、张华民研究员领导的团队在优化全钒液流电池(VFB)性能和预测其成本的研究方面取得新进展,提出了一种基于机器学习的VFB电堆性能和系统成本的预测与优化策略,该方法为VFB的研究开发提供了指导作用,有望提高研发效率,缩短研发周期,加速VFB的产业化进程。
  VFB具有安全性高、循环寿命长、效率高等优势,在大规模储能领域具有广阔的应用前景。目前,VFB正处于商业化示范阶段,如何进一步降低成本、提高效率,对其大规模产业化具有重要意义。VFB系统成本由功率成本(电堆)、能量成本(电解液)和控制系统等组成。其中,功率与能量的成本与电堆的性能息息相关;而电堆的性能受关键材料、电堆结构、操作条件等多方面因素的影响。若仅采用实验的方法来优化电堆结构和性能耗时较长,因此如何高效有针对性的对电堆结构和性能进行优化至关重要。

全钒液流电池

全钒液流电池
  该工作基于研究团队在VFB电堆研发过程中十几年的积累和大量的电堆数据,提出了一种基于机器学习的VFB电堆性能和系统成本预测方法和优化策略。该方法以操作电流密度为主要特征参数,电堆的材料和结构等为辅助特征参数,能够对VFB电堆的电压效率(VE)、能量效率(EE)、电解液利用率(UE)以及VFB系统的功率成本和能量成本做出精确的预测,预测结果的平均绝对偏差(训练集/测试集)分别为0.54%/0.47%、0.62%/0.56%、3.40%/3.14%、5.14%/4.97%、3.22%/3.08%。此外,科研人员根据模型系数,分析并提出未来VFB电堆的研发方向,即在保证较高的VE和UE条件下发开高功率密度电堆;基于机器学习所建立的模型和目前的材料成本,预测VFB系统运行成本随VE和UE的变化趋势。此项研究工作不仅对VFB电堆的研发具有指导意义,而且也为将机器学习与实验科学相结合的方法来优化和预测复杂系统的行为提供了新思路。
  上述工作于近日发表在《能源与环境科学》(Energy & Environmental Science)上。以上工作得到国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导科技专项(A类)“变革性洁净能源关键技术与示范”、中国科学院电化学储能技术工程实验室等资助。(文/图 李天宇)


      文章来源:大连化物所
      李先锋,男,1979年7月生于山东沂水,中国科学院大连化学物理研究所,研究员,博士生导师。中组部“万人计划”青年拔尖人才,中科院卓越青年科学家获得者,辽宁省百千万人才工程“百层次”人才。大连化学物理研究所储能技术研究部部长,电池材料与关键技术研究组长。长期从事大规模电化学储能技术的研究开发工作。成果荣获包括“2015年国家技术发明二等奖”(排名3),中国科学院杰出科技成就奖(突出贡献者,排名2)、 “辽宁省技术发明二等奖”(排名第2)等科技奖励。获 “中国科学院卢嘉锡青年人才奖”,“第三届“中科院沈阳分院优秀青年科技人才奖”,“辽宁省青年科技奖”,等奖励。入选中组部青年拔尖人才计划,中国科学院卓越青年科学家项目、大连市杰出青年科技人才等。为首届中科院青年创新促进会会员,中国膜工业协会电驱动膜专业委员会委员,中国材料研究学会青年工作委员会理事。迄今为止共发表SCI论文100余篇,其中Energy & Environmental Science 6篇,Angew. Chem. Int. Ed 1篇, Advanced Functional Materials 2篇,Nano energy 1篇。迄今为止,论文他引次数2500余次, H 因子30。2015年开始担任“Scientific Reports”杂志编委。申报发明专利100余项,国际专利6项。授权20余项。作为负责人主持国家科技部973计划课题、国家自然科学基金,中组部青年拔尖人才计划项目、中科院重要方向性项目等多项项目与课题。
       张华民,国际知名的燃料电池和液流电池专家。中科院大连化学物理研究所首席研究员,博士生导师。大连融科储能技术发展有限公司副总经理、总工程师,国家发改委能源局“国家能源液流储能电池技术重点实验室”主任,国家发改委“液流储能电池技术国家地方联合工程研究中心”主任。能源行业液流电池标准化技术标准委员会主任委员、IEC/TC21 JWG7国际标准项目负责人, 负责液流电池国际标准的制定。2010年被聘为科技部973项目“大规模液流电池储能技术的基础研究”首席科学家。2014年入选科技部创新人才推进计划“科技创新创业人才”。2016年,入选中组部“万人计划科技创业领军人才”。张华民发表学术论文380余篇。授权国家发明专利200余件,国际专利15件,主持制定燃料电池和液流电池标准10余项。研究成果荣获国家技术发明二等奖1项,中国科学院杰出科技成就奖1项,辽宁省企业重大成果奖1项,辽宁省技术发明一等奖2项,二等奖3项等奖项。

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