Клучни фактори кои влијаат на внатрешниот проток на батеријата на проток

1 Дизајн и оптимизација на полето на проток

Еден од клучевите за подобрување на внатрешниот проток набатерија на протоке дизајнирање и оптимизација на каналот за проток и голем број работници спроведоа длабинско истражување за ова. Како што е прикажано на Слика 1, некои традиционални дизајни за поле на проток се паралелни, серпентини, мулти-селпентини и интердигитирани. Со воведување на поле на проток помеѓу порозната електрода ибиполарна плоча, електролитот е разумно дистрибуиран во порозната електрода, со што се намалува загубата на концентрацијата и ја подобрува ефикасноста набатерија на проток.

Слика 1 Дизајн на различни полиња за проток

1.1 Дизајн на традиционално поле за проток

Истражувањето за дизајнирање и оптимизација на традиционалните полиња за проток е многу обемно, а експерименталните методи често се користат за да се добијат индикатори за перформанси, како што се ефикасноста на батеријата и падот на напон за да се процени квалитетот на дизајнот на полето на проток. Во исто време, со развој на нумерички компјутерски симулации, истражувачите користат симулациски студии за да добијат дистрибуција на различни физички количини во полето на проток.

Маурија го пријави ефектот на дизајнот на полето на проток врз перформансите на сите-батерии на проток на ванадиум редоксСо порозни електроди на графит и проучувале три дизајни на поле на проток без поле за проток, серпентини и интердигитирани полиња за проток.

Резултатите покажуваат дека интердигитираното поле на проток покажува подобри перформанси при ниска густина на струјата и ниска стапка на проток, додека структурата без проток функционира подобро при висока густина на струјата и висока стапка на проток. Под истиот дизајн на проток, интердигитираното поле на проток покажува најнизок пад на притисокот и загуба на пумпање. Ова е затоа што во различни дизајни на поле на проток, како што се зголемуваат сегашната густина и стапката на проток, дистрибуцијата на електролити е нерамна, а редот е: традиционален <серпентина <интердигитирана. Покрај тоа, во споредба со серпентини и интердигитирани електроди, порозните електроди без структура на полето на проток бараат повисоки стапки на проток за да се постигнат подобри ефекти на пренесување на масата.

Angанг објави дводимензионален модел за дизајн на полето на проток на сите-батерии на проток на ванадиум редокс. Воспоставениот модел беше потврден со споредување на експерименталните резултати како што се пад на притисок, униформност на дистрибуција на ванадиум јон и електрохемиска кинетика во интердигитираното поле на проток и полето на проток на серпентина. Студијата откри дека интердигитираниот дизајн на полето на проток има помал пад на притисокот и униформност на електрохемиска реакција и електролит на ванадиум. Покрај тоа, беа спроведени нумерички студии на различни дизајни на полето на проток (како што се интердигитални и серија на паралелни дизајни на поле на проток на серпентина) во оџак со површина од 410cm² за да се докаже дека развиениот дизајн на полето на проток има најдобри перформанси во течен проток на ванадиум. Соодветноста на оџакот. Како што се зголемува бројот на паралелни полиња за проток на серпентина, загубата на моќноста на пумпата се намалува, но дистрибуцијата на електролити е нерамна.

XU ги анализира и спореди перформансите на сите-батерии на проток на ванадиум редоксбез поле за проток и поле за проток на серпентина. Студијата откри дека батериите со полиња за проток покажале подобрени перформанси кога стапката на проток на електролит е повисока, бидејќи повисоката стапка на проток ја подобри конвекцијата на електролитот и дистрибуцијата на проток на електролитот во рамнината насока. Со оптимална стапка на проток од 2,5 ml · S-¹, најдобрата ефикасност на сите-батерија на проток на ванадиум редоксбез структура на проток на канал заснована врз загубата на моќност на пумпата е 80,9%; Со оптимална стапка на проток од 1,2 ml · S-¹, најдобрата ефикасност на батеријата за проток на сите ванадиум со канал за проток на серпентина заснована на загуба на моќност на пумпата е 80,7%.

Резултатите покажуваат дека зголеменото поле на проток со помали стапки на проток резултира во поеднаква дистрибуција на електролит на порозните електроди што минуваат со што се подобрува ефикасноста на батеријата. Но, повисоките стапки на проток на електролити, исто така, ја зголемуваат моќноста на пумпањето и падот на притисокот низ електродите, што влијае на целокупната ефикасност на сеопфатнатаБатерија за проток на ванадиумСистем за складирање на енергија. Во исто време, големиот пад на притисокот во батеријата на проток е главниот проблем што предизвикува неуспех на прстенот за запечатување, предизвикувајќи течно канализирање во батеријата или надворешното истекување.

1.2 Дизајн на деривација на полето на проток

Со продлабочување на истражувањето на полето на проток, голема количина на истражување не е ограничена на традиционалното поле за проток дизајнирано на страната на биполарната плоча, туку да се подобри целокупната изведба на батеријата преку соработка на порозни електроди во специјална форма ибиполарни плочи. Во исто време, некои истражувачи користат теорија за оптимизација на топологијата за да дизајнираат полиња за проток.

Арџун проучувал четири типа порозни електроди со канали за проток: Отворен канал Паралелен проток на поле, интердигитирано поле за проток на отворен канал, поле на паралелно проток на под -канали и полето за проток на проток. И во споредба со традиционалните електроди без канал за проток. Истражувањата покажуваат дека интердигитираното поле на проток на отворен канал ја зголемува целокупната енергетска ефикасност на клетките за 2,7% како резултат на подобрена дистрибуција на проток и намалена моќност на пумпање.

Чен предложи метод за оптимизација на топологијата за генерирање бесплатни форми на полиња за проток во сите-Батерии за проток на ванадиум. Главно со оглед на кинетиката на стапката на реакција, батеријата беше оптимизирана топологија. Преголемата и максимална густина на струјата се користеа како референтни индикатори и се споредуваа со полињата за референтен проток (паралелни и интердигитирани полиња на проток). Оптимизацијата на топологијата е важен метод за автоматско генерирање на оптимални полиња за проток. Резултатите покажуваат дека интердигиталниот тип е најдобриот дизајн на полето за проток за батериите на проток на Vanadium redox. Бидејќи оптималното поле на проток добиено од оптимизацијата на топологијата не е редовно и тешко за обработка, ќе има широки изгледи за апликација во иднина благодарение на развојот на компјутерот и производствените индустрии.

Сонцето предложи ново тродимензионално поле за раздвојување на серпентина. Полето на проток применува два влечкани канали на серпентина на биполарната плоча и електродата (во близина на страната на мембраната), соодветно. Одделените канали на прилив и одлив може да го подобрат конвективниот пренесување на масата на електролитот во насоката на рамнината на електродата и насоката на дебелината, со што ќе се подобри преносот на масата, дозволувајќи му на електролитот целосно да навлезе во електродата и да го намали загубата на притисок.

Кога сегашната густина е 100mA · cm-² и стапката на проток е 20 ml · min-¹, во споредба со интердигитираното поле на проток, сеопфатниот ефект на одвоеното поле на проток го прави напонот на батеријата на проток на проток на сите ванадиум и енергијата заснована на загубата на пумпата се зголемува за приближно 4,2% и 3.2%, соодветно. Експерименталните резултати исто така покажуваат дека перформансите на овој дизајн на полето на проток се почувствителни на компресијата на јаглеродниот чувствуван и стапката на проток на електролити отколку традиционалните интердигитирани и полиња за проток на серпентина. Ова може да се должи на значителен градиент на притисок во насока на рамнината на електродата со помош на одвоено поле за проток на серпентина.

1.3 Истражување на оптимизација на полето на проток

Иако истражувањето за полињата за проток е многу сеопфатно, повеќето студии се фокусираат на дизајнот на полето на проток и го одразуваат влијанието на полето на проток врз перформансите на батеријата преку некои важни индикатори за проценка (ефикасност на батеријата, пад на напон, итн.) Без да ја дадат основната причина.

Wang систематски го проучуваше влијанието на специфичната стапка на проток и големината на полето на проток врз масовното пренесување и перформансите на батеријата преку комбинација на симулација и експеримент за најчесто користени серпентини и интердигитирани канали на проток и ја откри основната причина зошто овие два текови достигнуваат различни или дури и спротивни заклучоци под различни услови на работа.

Резултатите покажуваат дека под истата специфична стапка на проток, стапката на проток на електролитот во електродата на каналот за проток на серпентина е многу поголема отколку во интердигитираниот канал за проток, така што перформансите на каналот за проток на серпентини се значително подобра од онаа во интердигираниот канал на проток при ниски специфични стапки на проток; Зголемувањето на перформансите на батеријата може да се подобри со зголемување на специфичната стапка на проток или зголемување на големината на полето на проток. Бидејќи критичната стапка на проток на интердигитираниот канал за проток е поголема од онаа во каналот за проток на серпентина, подобрувањето на перформансите на интердигитираниот канал за проток е значително поголема од онаа во каналот за проток на серпентина, што доведува до разлика во перформансите помеѓу интердигитираниот канал на проток и каналот за проток на сервери, постепено ќе се намали и дури и обратното изведување ќе се намали, како и обратното работење, како што е специфичното време на протокот на проток, ќе се намали постепено перформансите, како и специфичната стапка на проток и зголемувањето на теренот на протокот. Оваа работа го продлабочува разбирањето на оптимизацијата на структурата на полето на проток и процесот на масовно пренесување на батериите на проток и дава референца за дизајнирање на полето на проток на батерии на проток со висока електрична густина и висока стапка на проток.

Како што е прикажано на Табела 1, овој труд ги сумира предностите и недостатоците на различните дизајни на полето на проток.