Nøglefaktorer, der påvirker den interne strømning af flowbatterier --ⅲ

3.Komprimering af elektrode

Komprimeringsforholdet mellem porøse elektroder er en effektiv samlingsfaktor til forbedring afFlowbatteripræstation. På den ene side reducerer reduktionen i elektrodetykkelse batteriets samlede modstand. På den anden side reducerer den komprimerede porøse elektrode også koncentrationstabet i tykkelsesretningen, hvilket yderligere forbedrer ydelsen af ​​detFlowbatteri.

Wang foreslog en nøjagtig model for at undersøge effekten af ​​ikke-ensartet komprimerede porøse elektroder på ydelsen af ​​all-vanadium redox flow batterierved forskellige kompressionsforhold. Den porøse elektrode komprimeres normalt til en vis grad for at reducere kontaktmodstanden mellembipolar pladeog kulstoffeltet. Imidlertid er flowfeltet indgraveret ibipolar pladeForårsager ujævn trykbelastningsfordeling i den porøse elektrode under under-ribbenområdet, kanalområdet og indtrængenområdet inde i kanalen, og den ujævne deformation får elektroden til at trænge ind i kanalen og derved påvirke elektrodens fysiske egenskaber væsentligt. Som vist i figur 2 var en eksperimentel enhed designet til at detektere de morfologiske egenskaber ved de komprimerede filt under forskellige kompressionsforhold, såsom indtrængningshastighed og lokal porøsitet. Undersøgelsen fandt, at tilstedeværelsen af ​​det invaderende område fører til forringelse af masseoverførselsprocessen for elektrolytten i elektroden, hvilket resulterer i en høj overpotential.

Figur 2 Sammenligning af eksperimentelle og simuleringsresultater

Yue kombinerede polarisationsmodellen med en tidligere udviklet tredimensionel model for at opnå en mekanistisk forståelse af forholdet mellem elektrodekomprimeringsforhold og batteripolarisering. Virkningerne af forskellige kompressionsforhold på strømningshastighed, trykfald, lokal strømtæthed, overpotential og hastighedsfordeling blev undersøgt og alt-Vanadium Flow BatteryPerformance forudsagt af den numeriske model blev matchet med eksperimentelle data. Det blev fundet, at tryk- og strømningshastigheden i strømningskanalen steg med stigningen i kompressionsforholdet på grund af faldet i tværsnitsarealet af flowkanalen.

Endvidere begrænser øget komprimeringsforhold elektrolytindtrængning på grund af reduceret permeabilitet, porøsitet og elektrodevolumen. Den porøse elektrode med et optimeret kompressionsforhold på 28% viste maksimal elektrolytpermeabilitet. Under hensyntagen til indtrængenområdet kan korrekt elektrodekomprimering markant forbedre transporten af ​​reaktanter og reaktionsområdet. Den alt-Vanadium Flow BatteryMed et optimalt filtkomprimeringsforhold på 55,7% viser optimal elektrolytuniformitet, lav strømtæthed og overpotential.

Figur 3 Diagram over elektrodekomprimeringsenhed

Latha rapporterede om en undersøgelse af hydrodynamikken i serpentine flowfelter i all-Vanadium flowbatterier. To forskellige størrelser af serpentinstrømningsfelter, 25 mm × 25 mm og 80 mm × 51 mm, blev valgt, og deres virkning på parametre såsom trykfald og elektrolytpermeabilitet blev undersøgt. Komprimeret kulstoffelt reducerer kanalens tværsnitsareal, hvilket øger strømningshastigheden og reducerer den hydrauliske diameter, hvilket øger trykfaldet.

Derfor estimerede forfatterne permeabiliteten ved forskellige kompressionsforhold, der varierede fra 5-8 × 10−11 m². Endvidere blev trykket falder for begge kanalgeometrier målt over en lang række Reynolds -numre. Det blev fundet, at det målte trykfald i dette tilfælde var i god overensstemmelse med det forudsagte trykfald, mens den anden sag viste en stor forskel.