Mga pangunahing kadahilanan na nakakaapekto sa panloob na daloy ng baterya ng daloy

1 disenyo at pag -optimize ng daloy ng patlang

Isa sa mga susi sa pagpapabuti ng panloob na daloy ngdaloy ng bateryaay ang disenyo at pag-optimize ng channel ng daloy, at isang malaking bilang ng mga manggagawa ang nagsagawa ng malalim na pananaliksik tungkol dito. Tulad ng ipinapakita sa Figure 1, ang ilang mga tradisyunal na disenyo ng patlang ng daloy ay kahanay, ahas, multi-serpentine, at interdigitated. Sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang daloy ng patlang sa pagitan ng porous electrode at angBipolar Plate, ang electrolyte ay makatuwirang ipinamamahagi sa porous electrode, sa gayon binabawasan ang pagkawala ng konsentrasyon at pagpapabuti ng kahusayan ngdaloy ng baterya.

Larawan 1 Disenyo ng iba't ibang mga patlang ng daloy

1.1 Disenyo ng tradisyunal na patlang ng daloy

Ang pananaliksik sa disenyo at pag -optimize ng mga tradisyunal na patlang ng daloy ay napakalawak, at ang mga eksperimentong pamamaraan ay madalas na ginagamit upang makakuha ng mga tagapagpahiwatig ng pagganap tulad ng kahusayan ng baterya at pagbagsak ng boltahe upang masuri ang kalidad ng disenyo ng daloy ng patlang. Kasabay nito, sa pagbuo ng mga simulation ng pag -compute ng numero, ginagamit ng mga mananaliksik ang mga pag -aaral ng simulation upang makuha ang pamamahagi ng iba't ibang mga pisikal na dami sa loob ng patlang ng daloy.

Iniulat ni Maurya ang epekto ng disenyo ng daloy ng patlang sa pagganap ng lahat-Ang mga baterya ng daloy ng vanadium redoxSa pamamagitan ng maliliit na grapayt na nadama ng mga electrodes at pinag -aralan ang tatlong disenyo ng daloy ng patlang na walang daloy na patlang, ahas at interdigitated flow field.

Ang mga resulta ay nagpapakita na ang interdigitated flow field ay nagpapakita ng mas mahusay na pagganap sa mababang kasalukuyang density at mababang rate ng daloy habang ang istraktura na walang daloy ay gumaganap nang mas mahusay sa mataas na kasalukuyang density at mataas na rate ng daloy. Sa ilalim ng parehong disenyo ng daloy, ang interdigitated flow field ay nagpapakita ng pinakamababang pagbagsak ng presyon at pagkawala ng pumping. Ito ay dahil sa iba't ibang mga disenyo ng patlang ng daloy, dahil ang kasalukuyang density at pagtaas ng rate ng daloy, ang pamamahagi ng electrolyte ay hindi pantay, at ang pagkakasunud -sunod ay: tradisyonal na

Iniulat ni Zhang ang isang two-dimensional na modelo para sa daloy ng disenyo ng patlang ng lahat-Ang mga baterya ng daloy ng vanadium redox. Ang itinatag na modelo ay napatunayan sa pamamagitan ng paghahambing ng mga pang -eksperimentong resulta tulad ng pagbagsak ng presyon, pagkakapareho ng pamamahagi ng vanadium ion at electrochemical kinetics sa interdigitated flow field at ang patlang ng daloy ng ahas. Nalaman ng pag -aaral na ang interdigitated na disenyo ng patlang ng daloy ay may mas mababang pagbagsak ng presyon at pagkakapareho ng reaksyon ng electrochemical at vanadium electrolyte. Bilang karagdagan, ang mga pag-aaral sa numero ay isinasagawa sa iba't ibang mga disenyo ng patlang ng daloy (tulad ng interdigital at isang serye ng mga kahanay na disenyo ng patlang ng daloy ng ahas) sa isang salansan na may isang lugar na 410cm² upang ipakita na ang nabuo na disenyo ng patlang ng daloy ay may pinakamahusay na pagganap sa all-vanadium liquid flow. Ang pagiging angkop ng stack. Habang tumataas ang bilang ng mga kahanay na patlang ng daloy ng ahas, bumababa ang pagkawala ng lakas ng bomba, ngunit hindi pantay ang pamamahagi ng electrolyte.

Sinuri ni Xu at inihambing ang pagganap ng lahat-Ang mga baterya ng daloy ng vanadium redoxna walang daloy na patlang at patlang ng daloy ng ahas. Nalaman ng pag -aaral na ang mga baterya na may mga patlang ng daloy ay nagpakita ng pinabuting pagganap kapag ang rate ng daloy ng electrolyte ay mas mataas, dahil ang mas mataas na rate ng daloy ay nagpabuti ng pagpupulong ng electrolyte at ang pamamahagi ng daloy ng electrolyte sa direksyon ng planar. Sa pinakamainam na rate ng daloy ng 2.5ml · s -¹, ang pinakamahusay na kahusayan ng lahat-Ang baterya ng daloy ng vanadium redoxKung walang istraktura ng daloy ng channel batay sa pagkawala ng lakas ng bomba ay 80.9%; Sa pinakamainam na rate ng daloy ng 1.2ml · S-Pas, ang pinakamahusay na kahusayan ng all-vanadium flow baterya na may channel ng daloy ng ahas batay sa pagkawala ng lakas ng bomba ay 80.7%.

Ipinapakita ng mga resulta na ang pagtaas ng patlang ng daloy sa mas maliit na mga rate ng daloy ay nagreresulta sa isang mas pantay na pamamahagi ng electrolyte sa pagpasa ng mga butas na electrodes sa gayon ay mapapabuti ang kahusayan ng baterya. Ngunit ang mas mataas na mga rate ng daloy ng electrolyte ay nagdaragdag din ng pumping power at pressure drop sa buong mga electrodes, na nakakaapekto sa pangkalahatang kahusayan ng lahatAng baterya ng daloy ng vanadiumSistema ng Pag -iimbak ng Enerhiya. Kasabay nito, ang malaking pagbagsak ng presyon sa loob ng baterya ng daloy ay ang pangunahing problema na nagiging sanhi ng kabiguan ng singsing ng sealing, na nagiging sanhi ng likidong pag -channel sa loob ng baterya o panlabas na pagtagas.

1.2 Disenyo ng daloy ng derivation ng patlang

Sa pagpapalalim ng pananaliksik sa patlang ng daloy, ang isang malaking halaga ng pananaliksik ay hindi limitado sa tradisyunal na patlang ng daloy na idinisenyo sa gilid ng plate na bipolar, ngunit upang mapagbuti ang pangkalahatang pagganap ng baterya sa pamamagitan ng kooperasyon ng mga espesyal na hugis na porous na electrodes atMga plato ng bipolar. Kasabay nito, ang ilang mga mananaliksik ay gumagamit ng teorya ng pag -optimize ng topology upang magdisenyo ng mga patlang ng daloy.

Pinag -aralan ni Arjun ang apat na uri ng mga porous na electrodes na may mga daloy ng daloy: bukas na channel parallel flow field, bukas na channel na interdigitated flow field, underchannel parallel flow field at underchannel interdigitated flow field. At kung ihahambing sa tradisyonal na mga electrodes na walang daloy ng channel. Ipinapakita ng pananaliksik na ang interdigitated open channel flow field ay nagdaragdag ng pangkalahatang kahusayan ng enerhiya ng cell sa pamamagitan ng 2.7% dahil sa pinabuting pamamahagi ng daloy at nabawasan ang lakas ng pumping.

Inirerekomenda ni Chen ang isang paraan ng pag-optimize ng topology para sa pagbuo ng mga libreng hugis ng mga patlang ng daloy sa lahat-Mga baterya ng daloy ng vanadium. Pangunahin na isinasaalang -alang ang mga rate ng reaksyon ng rate ng reaksyon, ang baterya ay na -optimize ang topology. Ang sobrang overpotential at maximum na kasalukuyang density ay ginamit bilang mga tagapagpahiwatig ng sanggunian at inihambing sa mga patlang na daloy ng sanggunian (kahanay at magkakaugnay na mga patlang na daloy). Ang pag -optimize ng topology ay isang mahalagang pamamaraan upang awtomatikong makabuo ng pinakamainam na mga patlang ng daloy. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang uri ng interdigital ay ang pinakamahusay na disenyo ng patlang ng daloy para sa mga baterya ng all-vanadium redox flow. Dahil ang pinakamainam na patlang ng daloy na nakuha ng pag -optimize ng topology ay hindi regular at mahirap iproseso, magkakaroon ito ng malawak na mga prospect ng aplikasyon sa hinaharap salamat sa pagbuo ng mga industriya ng computer at pagmamanupaktura.

Iminungkahi ng Sun ang isang bagong three-dimensional na hiwalay na patlang ng daloy ng ahas. Ang patlang ng daloy ay nalalapat ng dalawang staggered na mga channel ng ahas sa bipolar plate at elektrod (malapit sa gilid ng lamad) ayon sa pagkakabanggit. Ang mga hiwalay na mga channel ng pag -agos at pag -agos ay maaaring mapahusay ang convective mass transfer ng electrolyte sa direksyon ng eroplano ng elektrod at direksyon ng kapal, sa gayon ay pinapahusay ang paglipat ng masa, na pinapayagan ang electrolyte na ganap na tumagos sa elektrod, at pagbabawas ng pagkawala ng presyon.

Kapag ang kasalukuyang density ay 100mA · cm-² at ang rate ng daloy ay 20ml · min-Pas, kung ihahambing sa interdigitated flow field, ang komprehensibong epekto ng hiwalay na daloy ng patlang ay ginagawang boltahe ng all-vanadium redox flow baterya at ang enerhiya batay sa pagtaas ng bomba ng humigit-kumulang na 4.2% at 3.2% ayon sa pagkakabanggit. Ipinapakita rin ng mga pang -eksperimentong resulta na ang pagganap ng disenyo ng patlang ng daloy na ito ay mas sensitibo sa carbon nadama compression at electrolyte flow rate kaysa sa tradisyonal na interdigitated at ahas na daloy ng mga patlang. Maaaring ito ay dahil sa makabuluhang gradient ng presyon sa direksyon ng eroplano ng elektrod gamit ang isang hiwalay na patlang ng daloy ng ahas.

1.3 Ang pananaliksik ng pag -optimize ng patlang ng daloy

Bagaman ang pananaliksik sa mga patlang ng daloy ay naging komprehensibo, ang karamihan sa mga pag -aaral ay nakatuon sa disenyo ng patlang ng daloy at sumasalamin sa epekto ng patlang ng daloy sa pagganap ng baterya sa pamamagitan ng ilang mahahalagang tagapagpahiwatig ng pagsusuri (kahusayan ng baterya, pagbagsak ng boltahe, atbp.) Nang hindi nagbibigay ng sanhi ng ugat.

Sistematikong pinag -aralan ng Wang ang impluwensya ng tiyak na rate ng daloy at laki ng patlang ng daloy sa paglipat ng masa at pagganap ng baterya sa pamamagitan ng isang kumbinasyon ng kunwa at eksperimento para sa karaniwang ginagamit na ahas at interdigitated na mga channel ng daloy, at ipinahayag ang sanhi ng ugat kung bakit ang dalawang daloy na ito ay umabot sa iba o kahit na kabaligtaran na mga konklusyon sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon sa pagtatrabaho.

Ang mga resulta ay nagpapakita na sa ilalim ng parehong tiyak na rate ng daloy, ang daloy ng rate ng electrolyte sa electrode ng daloy ng ahas ay mas malaki kaysa sa interdigitated flow channel, kaya ang pagganap ng channel ng daloy ng ahas ay makabuluhang mas mahusay kaysa sa sa interdigitated flow channel sa mababang tiyak na mga rate ng daloy; Ang pagtaas ng pagganap ng baterya ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagtaas ng tiyak na rate ng daloy o pagtaas ng laki ng patlang ng daloy. Dahil ang kritikal na rate ng daloy ng interdigitated flow channel ay mas malaki kaysa sa channel ng daloy ng ahas, ang pagpapabuti ng pagganap ng interdigitated flow channel ay makabuluhang mas malaki kaysa sa channel ng daloy ng ahas, na humahantong sa pagkakaiba sa pagganap sa pagitan ng interdigitated flow channel at channel ng daloy ng ahas ay unti -unting bumababa at kahit na baligtad ang pagganap bilang tiyak na rate ng daloy at pagtaas ng laki ng daloy. Ang gawaing ito ay nagpapalalim ng pag -unawa sa pag -optimize ng istraktura ng patlang ng daloy at proseso ng paglipat ng masa ng mga baterya ng daloy, at nagbibigay ng isang sanggunian para sa disenyo ng patlang ng daloy ng mga baterya ng daloy na may mataas na density ng kuryente at mataas na rate ng daloy.

Tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 1, ang papel na ito ay nagbubuod ng mga pakinabang at kawalan ng iba't ibang mga disenyo ng patlang ng daloy.