卡诺电池体系供给了一种不受地舆约束的高能量密度储能解决方案，将电能转化为热能方式并储存。但是，卡诺电池与低温储能的集成，特别是对“的运用，
液氢冷能是一个没有得到充沛探究的范畴。本研讨提出了一种开创性设计，将Carnot电池体系与液氢冷能运用体系相结合。此外，它还捕获燃料电池的废热，以完成冷、热、电的综合出产。该研讨包含稳态建模、要害部件的灵敏度剖析，以及旨在最大化power-to-power功率的粒子群优化算法优化。优化后的体系完成了1.59的power-to-power转化功率、1.02的能量功率、0.18的㶲功率以及0.1516 USD/kWh的Levelized Cost of Storage。这些发现代表了储能技能的重大进展，为在储能体系和峰值电力使用中整合液氢冷能供给了新方向。
引言
氢能因其环境效益以及相关于传统化石燃料更高的能量功率，被公认为全球脱碳的要害资源[1]。液氢（LH2）代表了氢气运输的首要方式；但是，由于氢气的沸点低至20 K，其液化进程归于高耗能工艺[2]。经过运用再气化进程中开释的冷能，能够提高LH2供应链的经济可行性[3]。尽管在液化天然气（LNG）行业中，冷能运用已得到广泛研讨，并选用了直接和直接收回办法，但由于使用规模较小，针对LH2的相似研讨较为有限[4]。与LNG不同，LH2储存在显著更低的温度下，这为再气化进程中的冷能收回供给了更大的潜力。Bisio [5]提出了一种结合氦气和焚烧的燃气轮机混合发电厂，以运用LH2的物理㶲。Furuhama等[6]在LH2再气化进程中施行了Rankine循环，以为氢燃料发动机体系供给弥补电力。Oshima等[7]将LH2再气化体系与低温Stirling发动机集成，以收回冷能。此外，Mun [3]提出了三种依据Rankine和Brayton循环的不同发电循环，能够有效从LH2中收回冷能。
储能体系关于减少对化石燃料的依靠、增强能源体系的安全性和稳定性至关重要，并且在完成碳中和以及加快能源转型方面发挥着要害作用[8]。现在，已使用了多种老练的电能存储技能，包含Pumped Hydro Energy Storage (PHES)[9]、Compressed Air Energy Storage (CAES)[10]、Liquefied Air Energy Storage (LAES)[11]、Hydrogen Energy Storage[12]以及Carnot Batteries (CB)。图1供给了这些不同电能存储技能的比照剖析。Carnot Battery (CB)体系尤为值得关注，由于它不受地舆约束、初始出资要求低，且适用于空间有限但需要高能量存储密度的区域[13],[14],[15]。新兴的CB技能代表了一种热机械储能技能，它运用电能使两种存储介质之间产生温差：一种处于低温状况，另一种处于高温状况[16],[17]。依据具体类型，CB体系可分为Liquid Air Energy Storage、Pumped Thermal Energy Storage (PTES)及其变体如Lamm-Honigmann Storage (LHS)，其间PTES体系首要选用Brayton循环或Rankine循环[17]。此外，依据充电和放电进程中所运用的循环类型，还存在各种不同的改进方式[14]。
对CB的研讨首要针对高温热能存储的Rankine和Brayton循环，剖析其热力学和经济功能。Gou等[18]提出了一种依据Brayton循环（BC）的热泵储能体系，该体系在蓄热器内保持恒温，有效地将其替换为环境。Desrues等[19]探究了相似的依据BC的体系，完成了约66.7%的功率。Joshua等[20]专心于剖析和优化该体系的参数，着重其功率首要取决于压缩机和膨胀机的功能，可完成的功率高达70%。Wang等[21]研讨了Joule-Brayton PTES的瞬态特性，剖析了颗粒尺度和填充床长径比对体系功能的影响。在进一步的研讨中，Wang等[22]对依据Joule-BC的PTES体系进行了解析优化，提醒在900 K、1,100 K和1,300 K温度下，最大往复功率分别为81.2%、85.6%和88.2%。Zhang等[23]对依据BC的PTES体系进行了多维优化和热经济剖析，指出当充放电时间比在1:3至3:1之间时，最高往复功率为70.97%。
相比之下，依据Rankine循环的PTES体系能够在较低温度下运行，并经过整合来自环境的低温废热[26]，进步往复功率[24], [25]。Tian等人[24]比照了五种选用有机闪蒸循环和有机Rankine循环（ORC）的PTES体系，发现运用ORC的体系在经济性和热力学功能方面体现更优。Eppinger等人[25]评价了依据ORC的PTES体系的最佳运行条件和工质，其间四种类型的流体完成了80%的电对电功率。Frate等人[27]探究了一种整合低温废热的热泵储能体系，评价了八种工质对体系功能的影响。Junior等人[28]开发了一种新式依据ORC的热泵储能体系，评价了五种工质对储能本钱和往复功率的影响。最后，Steinmann[29]设计了一种结合ORC与中温储能体系的热泵储能体系，经过引入低温热源完成了94.4%的往复功率。Frate等人[30]建立了冷储Rankine卡诺电池（CSRCB），经过整合冷源来降低充电循环期间的冷凝温度，这种办法能够显著进步体系的电对电功率。因而，将LH2作为冷源引入CB体系能够进一步进步其全体功率。氢气作为一种“
文献总述标明，作为一种新式储能体系，CB在结构和体系功能方面没有得到充沛探究。最近的总述[35]着重了冷能运用在进步储能体系功率和可持续性方面的潜力。但是，冷能与CB的具体集成仍是一个未被充沛探究的范畴，这为进一步的研讨和立异供给了独特的时机。此外，将CB与现有热资源相结合展现出显著的功率提高潜力。液氢冷能的运用构成了一个重要的研讨范畴，专心于传热特性的研讨供给了要害的理论支撑。例如，Dallali等人[36]对增强型多壁碳纳米管（MW-CNT）微结构表面在混合基纳米流体中的池沸行为进行了试验研讨。这项研讨关于说明液氢冷能使用中传热增强的底层机制至关重要。此外，Davani等人[37]研讨了HFE-7100介电液体中经分级微纳结构润饰的铜表面的过冷池沸现象，从而为液氢冷能运用布景下的工质挑选供给了名贵的辅导。鉴于LH2冷能收回相较于LNG[38]的研讨较少这一事实，现有的...
