全钒液流电池双极板流道的建模及其优化
钒液流电池的建模与充放电控制特性

sa eo h r e( OC)a d t eo t u h r ceit s 0k t t fc a g S n h u p tc a a trsi ,a 1 W/ c hVRB smua in mo e ss tu i lto d l e p i
丁 明 ,陈 中 ,林 根 德
( 合肥 工业 大 学 电 气 与 自动 化 工 程 学 院 , 徽 合肥 安 200) 3 0 9
摘 要 : 随着风 电场 、 光伏 电站并 网穿透功率 的不断增加 , 电场 、 风 光伏 电站输出功率 随机 波动性给 电网的安全运
行 带 来 了一 系列 影 响 , 能技 术 平 滑风 电场 、 伏 电 站 输 出 功 率 波 动是 有 效 手 段 之 一 , 储 光 因此 对 储 能 媒 介 建 模 及 充 放 电控 制 方 式 的 深入 研 究 至 关 重要 . 液 流 电池 作 为一 种 新 型 储 能 电池 , 有 功 率 密 度 和 能 量 密 度 独 立 控 制 、 放 电 钒 具 充
第2 6卷第 1期
21 0 1年 3月
电 力 科 学 与 技 术 学 报
J 0URNAL OF ECTRI OW ER CI EL CP S ENCE AND TECHNOLOGY
Vo 6 No 1 L2 .
M a. 0 1 r2 l
钒 液 流 电池 的 建 模 与 充 放 电控 制 特 性
功 率 、 电流 充 放 电 模 式 和充 放 电 效率 , 讨 论 应 用 于 独 立 光 伏 发 电 系统 的 VR 恒 并 B优化 充 电方 式 .
关 键 词 : 钒液流电池; 储能; 建模 ; 光伏发 电
中图分 类号 : M 1 T 91
25kW全钒液流电池的建模与仿真

收稿日期:2012-05-19基金项目:广西理工科学实验中心重点项目(LGZX201106)作者简介:杨继云(1986—),女,河南省人,硕士生,主要研究方向为智能优化控制。
导师:林小峰(1955—),男,广西壮族自治区人,教授,主要研究方向为智能优化控制。
2.5kW全钒液流电池的建模与仿真杨继云,林小峰(广西大学电气工程学院,广西南宁530004)摘要:介绍了全钒液流电池(VRB)的化学反应原理以及组成部分,分析并确定影响钒电池充放电的主要因素,建立了2.5kW钒电池的电化学模型和机械模型。
利用Matlab仿真,在恒流充放电的条件下,得到钒电池运行过程中的电堆电压和电池功率曲线,研究了电池充放电过程中的流量参数优化。
该模型较好地反映了钒电池的充放电特性,可为钒电池的操作运行以及能量优化提供工程指导。
关键词:钒电池;模型;仿真;优化中图分类号:TM911文献标识码:A文章编号:1002-087X(2012)12-1812-04Modelandsimulationof2.5kWvanadiumredoxflowbatteryYANGJi-yun,LINXiao-feng(SchoolofElectricalEngineering,GuangxiUniversity,NanningGuangxi530004,China)Abstract:ThechemicalreactionandcomponentsoftheVRBwasintroduced,themainaffectingfactorswereanalyzedanddetermined,andthemodelofthe2.5kWVRBwasbuilt,whichcomposedtheelectrochemicalmodelandmechanicalmodel.ThemodelwassimulatedbythetoolboxofMatlabwithconstantcurrent,thestackvoltageandpowercurveoftheVRBwasobtained,andtheoptimizationoftheflowrateparameterswasstudiedduringthechargeanddischarge.ThemodelcouldreflectthecharactersoftheVRBinchargeanddischargeprocess,whichprovidedanengineeringguidancefortheoperationandenergyoptimizationofVRB.Keywords:VRB;model;Simulink;optimization全钒液流电池(VRB,简称钒电池)是一种新型环保化学储能电源,在储能过程中,电能转化为化学能,储存在钒离子溶液中。
全钒液流电池电极材料的改性及电池结构的组装优化[1]
![全钒液流电池电极材料的改性及电池结构的组装优化[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/316b6228482fb4daa58d4b38.png)
groups come
into
being heated treatment for 1 0H and Specific
Surface Area increases
significantly.The VRB with modified CP electrode exhibits excellent performance under
III
硕十学位论文
第一章绪论
第一章绪论
引言
能源是经济发展和人民生活的重要物质基础,从长远看,化石能源将逐渐枯 竭,开发可再生能源,缓解化石能源供应的不足,优化能源结构,提高可再生能 源在能源供应中所占的比重,并最终取代化石能源成为能源供应的主体,是我国 经济发展乃至世界经济发展的重大课题,对保证经济可持续发展具有重要意义 it,21。从图1-1可以看出,在以后太阳能、风能及水力能等可持续再生能源将成为 能源利用的主体。然而太阳能、风能存在在不连续性,所以储能技术的研究和开 发尤为重要,例如开本政府的“新阳光计划”、美国的‘‘DOE项目计划”以及欧盟的
with graphite plate current
net
as
mainly studied.Reaction
on
the carbon paper electrode was also
anode current collector and contrasted designed
a
collector,and
electrode is ascribed to the-COOH group and the special surface of CP.
The
commercial accessible carbon paper(CP)that heated in 43 5℃
全钒液流电池电堆建模及换热效率分析

全钒液流电池电堆建模及换热效率分析在智能电网系统中,大型存储设备对现有微网基础设施的效率和灵活性要求越来越高。
大型电网储能电池不仅需要满足循环效率高、充放电次数多和投资成本少的要求,而且需要具有输入或负载变化时电池能够快速响应的性能。
和传统电池相比,全钒液流电池因为其特有的结构,具备良好的电化学可逆性、效率高、可深度充放电、功率和容量可独立设计等优点,在大规模能量存储系统中得到关注。
电堆是全钒液流电池的核心,而现有的模型很少对钒电池的电堆热力学模型进行研究,为了更好地了解电堆的特性,本文通过热力学仿真软件Thermolib实现电堆模型的搭建,从而实现电堆的特性分析和换热效率优化,主要的研究内容如下:首先,对钒电池的研究背景、意义、国内外现状、经典模型及应用进行了介绍。
为了更好地了解钒电池的特性,在不增加样机成本和研究时间的前提下,搭建模型是一种有效的方法,然而目前对电堆进行热力学建模的相关研究还很欠缺。
本文通过对三维几何模型、电热模型、电化学模型的详细分析,为后面的电堆模型搭建奠定了基础。
其次,用Thermolib软件实现全钒液流电池电堆模型的搭建。
通过NASA多项式系数、液体热容系数和安东尼常数这些主要参数构建电堆模型;然后,对电流模块、功率模块、正负极模块、温度模块和换热器模块进行了建模,其中针对换热器模块部分,分别对顺流和逆流两种情况进行了建模。
再次,对电堆的重要特性进行了详细分析。
首先对荷电状态SOC在一个充放电周期内的变化情况进行了仿真,曲线表明由于钒电池充放电特性效率高,呈现线性化的趋势。
接着分析电堆在不同电流强度的情况下电堆电压随时间的变化情况和恒流时电堆的流速优化控制。
最后对电堆的另一个重要状态参量——表征物质系统能量的焓进行了阐述。
本热模型可用来研究电堆特性,从而为全钒液流电池的结构材料设计提供参考。
最后,对降低电堆温度的换热器模块在一定的传热系数下进行顺流和逆流下的效率分析。
全钒液流电池储能系统的优化设计

全钒液流电池储能系统的优化设计张学庆(上海电力设计院有限公司,上海 200025)摘要:全钒液流电池全称为全钒离子氧化还原液流电池,较之其他二次电池,具有自己的一些特点,如组装设计灵活,便于利用模块的组合调整其储能容量;可快速响应,大功率输出;电池系统易于维护,安全稳定;无有害物质产生,环境友好;自放电小;可进行深度充放电以及循环次数多、寿命长等。
全钒液流电池储能系统布置灵活,但需考虑设备房间应具有防酸和废液汇集的功能。
变流器需着重考虑设备房间的通风、散热性能;根据其具体功率和结构,有时还需考虑设备房间的电磁屏蔽措施。
监控系统则需根据全钒液流电池自身的特点对电池管理系统(BMS)等子系统进行优化设计,并与整个储能装置的监控系统进行优化整合。
关键词:储能;变流器;钒液流电池Optimizition Design of All-Vanadium Redox Flow BatteryEnergy Storage SystemZHANG Xueqing(Shanghai Electric Power Design Institute Co Ltd, Shanghai 200025, China)Abstract: Compared with other kinds of secondary batteries, all-vanadium redox flow battery (VRB) has its own characteristics. The arrangement and design of VRB are very flexible, which largely benefit the association of different modules, and make the capacity of the battery may be large or small as the customer’s wish. The battery system can respond at a high speed and output great power. The battery system is safe, stable and easy to maintain. Self-discharging is slight. Has a long life-cycle, high efficiency and cheap price, etc.. The arrangement of VRB is flexible, but the room should have anti-acid and waste collection function. As a high-power power electronic equipment, the arrangement of PCS should pay special attention on the heat dissipation system. According to the actual power and structure of PCS, maybe take some electromagnetic shielding measure in the equipment room. Control and supervision system should be optimal designed, including BMS and other subsystems.Keywords: battery energy storage system, BESS, PCS, vanadium redox flow battery, VRB1 全钒液流电池储能技术简介全钒液流电池全称为全钒离子氧化还原液流电池,全钒液流电池中的两个氧化-还原电对的活性物质,分别装在两个储液罐中的溶液中,各用一个泵,使溶液流经电池,并在离子交换膜两侧的电极上分别发生还原和氧化反应,单电池通过双极板串联成堆,如图1所示。
全钒液流电池仿真建模及充放电特性研究

Re s e a r c h o n VRB S i mu l a t i o n Mo d e l a n d Ch a r g e — d i s c h a r g e Ch a r a c t e r i s t i c s
T I A N Wu ,L I U L i ,S U N F e n g ,S HI S o n g - j i e ,T I AN Mi n g — h u i
( 1 . S h e n y a n g I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g ,S h e n y a n g ,L i a o n i n g 1 1 0 1 3 6 ,C h i n a ;
2 . E l e c t i r c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e o f S t a t e G r i d L i a o n i n g E l e c t i r c P o w e r C o . ,L t d . ,S h e n y a n g ,L i a o n i n g 1 1 0 0 0 6 , C h i n a )
放电特性。通过与实际系统 的对 比,验证 了所搭建模型 的正确性 和有效性 。
关键词 :全钒液流 电池 ;充放 电特性 ;储能模型 ;P S C A D / E M T D C
[ 中图分类号 ] T M 9 1 1 . 1 [ 文献标 志码 ] A
[ 文章编号 ] 1 0 0 4 - 7 9 1 3( 2 0 1 5 )0 7 - 0 0 0 9 一 O 3
b a t t e y ( r V R B )h a s t h e a d v a n t ge a s o f l a r g e c a p a c i t y ,h i g h c o n v e r s i o n e f i c i e n c y ,l o n g s e r v i c e l i f e a n d re a a p p l i e d t o p r a c t i c l a e n g i n e e r —
全钒液流电池热动力学建模及换热效率分析

全 钒 液 流 电池 热 动 力 学 建 模 及 换 热 效 率 分 析
吴秋 轩 2 ,黄 技 大 r 1 动 化 院 f U I 动 化研 究 所 , 浙f I 饥州 3 l 0 0 1 8 2 . 浙 江 人 科 技 业 仃 公 ・ d , 浙汀 杭州 3 1 0 0 3 0 ) 摘要 : VR B 系统 在 实 际应 用 中 为 了更 好 地 控 制 温 度 , 需 要 安 装 强 制 冷 却 装 置 如换 热器 , 但 现 有 研 究 集 中在 无 附 加 设 备 的 独立 V R B 系统 的 动 态 热 建 模 , 带 有 换 热 器 VR B 系统 的热 力 学 并 未 得 到 充 分 研 究 。运 用 热 力 学 理 论 , 依 据 钒 电池 的热 力 学属性 。 通 过 Ma t l a b / S i mu l i n k搭 建 V RB电 堆 热 力 学 模 型 ; 将传热单 元数( N T U ) 、 功率 、 冷 热 流 体 的 实 际 温 度 与 传 热 有 效 度 建 立 函数 关 系 , 分 析 了换 热 器 在 一 定 的 换 热 系数 条 件 下 换 热 器 效 率 的 最 优 值 , 从 而 实 现 对 电堆 温 度 更 好 地 控 制 , 为 电 堆 的 实 际 运 用 提 供 了理 论 参 考 。
Ab s t r a c t : VRB s y s t e ms a r e mo s t l y i n t e g r a t e d wi t h t h e f o r c e d c o o l i n g e q u i p me n t s u c h a s h e a t e x c h a n g e r t o b e t t er c o n t r o l t h e t e mp e r a t u r e i n p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s ,h o we v e r ,t h e e x i s t i n g wo r k s o n d y n a mi c t h er ma l mo d el i n g o f VRB h a v e b e e n f o c u s i n g o n t h e VRB s y s t e m wi t h o u t a n y a d d i t i o n a l e q u i p me n t , s o t h e t h e r mo d y n ami c p r o p e r t i e s o f VRB s y s t e m wi t h h e a t e x c h a n g e r h a v e n o t b e e n a d e q u a t e l y s t u d i e d. VRB s t a c k t h e r mo d y n a mi c mo d e 1 wa s b u i l t b y t h e Ma t l a b / Si mu l i n k b a s e d o n t h e r mo d y n a mi c t h e ow a n d t h e r mo d y n a mi c p r o p er t i e s o f v a n a d i u m f l o w b a t t e r y . Th e
全钒液流电池双极板流道的建模及其优化

可以看出,入口总流道处的压力,离入口越近压力越
大;出口总流道处的压力,离出口越近压力越小;而
且,入口与出口在同一侧。所以,靠近进出口一侧的
支流道的压降较大,离进出口越远的支流道,其压降
越小。由于各个支流道的结构、尺寸是完全一样的,
因此它们的液压阻力也是一样的,所以压降越小的
支流道其流量就越小。由图 6 也可以看出,离进出口
n
Σ Σ = (K1 +K2 ) ( Qi )2+Kc Qn m=j i=m
(9)
在图 2 中,大多数误差存在阻力网络的顶部,除
了最上面的支流道外,所有支流道的 K1 与 K2 都可以
假设是常数,假设流量的分布比较均匀。那么,可以
用从 j 到 n 的所有支流道的平均流量 Q 代替 Qi。所 以,公式(9)将变为:
摘 要:在传统流道的基础上,对全钒液流电池的双极板流道进行了两次优化。通过采用数值模拟方法对双极板流场进 行分析研究,并根据分析结果,将优化的流道结构与传统的流道结构进行比较。结果表明,优化流道后的的性能高于常 用的两种传统流道。 关键词:全钒液流电池;双极板流道优化;电解液流体力学;动力学仿真
中图分类号:TM911.49
一侧越远的支流道其流量越小。根据进、出口总流道
内的压力分布规律可知,如果将进口与出口放在异
侧,那么将会减小各个支流道之间的压降差,进而改
液的分布很不均匀。所以,需要对该流道内流体分布
的均匀性进行优化。
2.2 流量分布均匀性的初次优化
由公式(14)可知,增大各支流道的阻力 Kc,可以 缩小 Qj 与 Qn 之间的差距,即可以提高双极板内流量 分布的均匀性。增加流道阻力的方法很多,如在流道
内设置障碍物等,但设置障碍物将使流道结构变得
钒液流电池双极板

钒液流电池双极板
钒液流电池双极板是一种新型的电池技术,具有很高的能量密度和长寿命的优点。
它采用了钒液作为电解液,通过钒离子的氧化还原反应来储存和释放电能。
双极板则是钒液流电池中的重要组成部分,承担着电池反应和电荷传递的关键角色。
双极板的设计和制造非常重要,它需要具备良好的导电性、稳定性和储电性能。
一般而言,双极板由碳材料制成,如石墨、石墨烯等。
碳材料具有良好的导电性和化学稳定性,能够有效地催化钒离子的氧化还原反应,并保持长时间的循环稳定性。
为了提高双极板的储电性能,研究人员还进行了一些改进。
例如,他们尝试在双极板表面引入微观孔洞或纳米结构,以增加其表面积,从而提高钒离子的吸附和储存能力。
此外,一些研究还尝试在双极板上引入其他金属或合金,以改善电子传导性能和催化活性。
钒液流电池双极板的制备过程相对简单,但需要严格的工艺控制。
首先,选择适当的碳材料,并将其加工成所需的形状和尺寸。
然后,将双极板表面进行表面处理,以增加其活性和稳定性。
最后,将制备好的双极板组装到钒液流电池的电池体系中,进行电化学测试和性能评价。
钒液流电池双极板的研究和应用具有广阔的前景。
它可以用于储能系统、电动车辆以及可再生能源的储能等领域。
相比传统的锂离子
电池,钒液流电池具有更高的安全性和稳定性,能够更好地满足大规模储能需求。
钒液流电池双极板是一种具有很高能量密度和长寿命的新型电池技术。
通过合理设计和制备双极板,可以提高钒液流电池的储电性能和循环稳定性,为储能系统和清洁能源应用提供可靠的解决方案。
储能系统中全钒液流电池的可靠性建模与分析

储能系统中全钒液流电池的可靠性建模与分析摘要:本论文针对储能系统中的全钒液流电池进行了可靠性建模与分析研究。
首先,对全钒液流电池的工作原理和结构进行了介绍。
随后,基于可靠性工程理论,提出了一种综合考虑环境、操作和系统因素的全钒液流电池可靠性模型。
通过考虑诸如电解液循环稳定性、电极材料腐蚀等关键因素,分析了全钒液流电池在不同工作条件下的可靠性表现,并提出了优化策略。
最后,通过实际案例验证了所提模型的有效性,为全钒液流电池在储能领域的应用提供了可靠性分析的理论支持。
关键词:全钒液流电池、储能系统、可靠性建模、可靠性分析、优化策略引言:随着能源需求的不断增长和可再生能源的普及,储能技术日益受到关注。
其中,全钒液流电池作为一种潜力巨大的储能解决方案,因其高效能、长寿命等优势备受瞩目。
然而,其在实际应用中的可靠性问题仍需深入研究。
本文针对此问题,提出了综合考虑多种因素的可靠性模型,旨在为全钒液流电池的可靠性评估和优化提供理论指导。
通过对其工作原理、结构及关键因素的分析,我们致力于为储能领域的可靠能源储存打下坚实基础。
一、全钒液流电池工作原理与结构分析全钒液流电池作为一种重要的储能技术,因其在能量密度、循环寿命和可调控性等方面的优越性能,受到了广泛的关注和研究。
本文将深入探讨全钒液流电池的工作原理与结构,以便更好地理解其储能机制和内部组成。
1.工作原理:全钒液流电池的工作原理基于两种不同氧化态的钒离子(V2+和V3+)之间的氧化还原反应。
在充电过程中,V2+离子在阳极被氧化为V3+离子,而在放电过程中,V3+离子在阴极被还原为V2+离子。
这种氧化还原反应导致电池的充放电过程,从而实现电能的储存和释放。
2.结构分析:全钒液流电池的结构设计是其高效工作的基础。
典型的全钒液流电池由两个电解槽组成,每个电解槽都包含一个阳极和一个阴极。
电解槽之间通过电解质循环系统相连接,确保钒离子在充放电过程中能够在电解液中传输。
电极材料通常选择钛基板和石墨毡,这些材料具有良好的导电性和稳定性。
大功率全钒液流电池系统效率优化分析

林亮1,2,禹争光1,2,张红亮1,2,曹海1,2(1.清洁高效透平动力装备全国重点实验室,四川德阳,618000;2.东方电气集团东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)摘要:通过matlab/simulink仿真软件建立20kW等级钒电池系统压损模型,发现钒电池系统压损主要取决于电堆的碳毡孔隙率、管道直径、电解液流量;通过对自制的20kW等级钒电池系统进行性能测试,验证了系统仿真模型的可靠性;通过考察电解液流量对电堆性能影响,流量从30L/min增加到50L/min,钒电池能量效率从79.6%增长到82.4%,电解液输出能量从2300Wh提升到4080Wh,容量提高了77.4%,钒电池系统效率与泵功耗存在最佳效率点,当电解液流量为50L/min时,钒电池系统效率达到78.7%。
关键词:钒液流电池,压损模型,流量,系统效率中图分类号:TM911文献标识码:A文章编号:1674-9987(2023)03-0061-05 Efficiency Optimization Analysis of High-powerVanadium Battery SystemLIN Liang1,2,YU Zhengguang1,2,ZHANG Hongliang1,2,CAO Hai1,2(1.State Key Laboratory of Clean&Efficient Turbomachinery Power Equipment,Deyang Sichuan,618000;2.Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:The pressure loss model of20kW vanadium battery system was established by the Matlab/simulink simulation.It was found that the pressure loss of vanadium battery system mainly depended on the porosity of carbon felt,the diameter of pipe and the flow rate of electrolyte.The reliability of the simulation model is verified by the performance test of20kW vanadium battery system made by ourselves.The influence of electrolyte flow rate on the performance of vanadium battery was investigated.The flow rate of electrolyte increased from30L/min to50L/min,the energy efficiency of vanadium battery increased from79.6%to82.4%,the output energy of electrolyte increased from2300Wh to4080Wh,and the capacity increased by77.4%.There is an optimal efficiency point between the efficiency of vanadium battery system and the power consumption of pump.When the flow rate of electrolyte is50L/min,the efficiency of vanadium battery system reaches78.7%.Key words:vanadium battery,The pressure loss model,The flow rate of electrolyte,system efficiency基金项目:2016年四川省攀西战略资源创新开发专项-四川省钒液流电池研发及工程技术中心创新平台建设。
全钒液流电池储能系统建模与控制技术

全钒液流电池储能系统建模与控制技术全钒液流电池储能系统是一种新型的储能技术,具有高能量密度、长寿命、高安全性等优势。
本文将对全钒液流电池储能系统的建模与控制技术进行探讨。
全钒液流电池储能系统由正负极电解液以及中间负载液组成,其中正负极电解液分别含有不同浓度的钒离子溶液。
通过电解质膜将正负极电解液分隔开来,形成电池的两个半电池。
当需要储能时,电解质膜允许钒离子在两个半电池之间进行迁移,从而实现能量的储存。
而当需要释放储能时,电解质膜的通透性使得钒离子重新回到原来的半电池中,释放出储存的能量。
全钒液流电池储能系统的建模是为了描述其内部的物理过程和特性。
建模可以分为宏观建模和微观建模两个层次。
宏观建模主要是对整个系统的动力学行为进行描述,包括电流、电压等参数的变化规律。
微观建模则是对电池内部的化学反应和离子迁移进行详细描述,以揭示系统的内部机制。
在控制技术方面,全钒液流电池储能系统需要实现对电池的充放电过程进行控制。
其中,充电控制是指根据系统需求,控制电流和电压使得电池吸收能量进行储存;放电控制则是根据需求释放储存的能量,控制电流和电压的输出。
为了实现精确的控制,需要对系统进行建模,分析出系统的动态特性,设计合适的控制策略。
常用的控制策略有PID控制、模型预测控制、自适应控制等。
PID 控制是一种经典的控制方法,通过调节比例、积分、微分参数对系统进行控制。
模型预测控制则是基于建立的系统模型,通过预测未来的状态来制定控制策略。
自适应控制则是根据系统实际的变化情况,自动调整控制参数以达到最佳控制效果。
除了控制策略,全钒液流电池储能系统还需要考虑安全性、效率等因素。
安全性是指系统在工作过程中能够保持稳定,并且不会发生意外事故。
因此,需要加入各种保护措施,如过流保护、过压保护等。
效率则是指系统在充放电过程中能够实现高能量转换效率,减少能量损耗。
全钒液流电池储能系统的建模与控制技术是实现其高效、稳定运行的关键。
★全钒液流电池用电极及双极板研究进展

, 但是全
钒液流储能电池还是得到了较大的发展 板材料的研究进展作一综述 。
[ 14 2 15 ]
。
本文主要针对全钒液流储能电池电极及双极 电极的主要作用是提供电化学反应的场所 , 因此需要有一定的催化活性 。双极板的作用主要 是收集电化学反应产生的电流以及分隔正负极电 解液 ,因此应具有良好的导电性和阻液性 。同时 液流电池作为一种储能装置 , 还必须考虑其能量 转化效率 。因此 , 电极与双极板之间的接触电阻 必须尽可能的小 。此外 ,在全钒液流储能电池中 , 所使用的电解液为钒离子的硫酸溶液 , 具有很强 的腐蚀性 ; 同时 , V 具有较强的氧化性 , 因此作 为全钒液流储能电池的电极和双极板还必须具有 足够的耐腐蚀性 。目前用于全钒液流储能电池的 电极种类主要包括金属电极和碳素电极 ; 双极板 主要有石墨双极板 , 碳塑双极板和金属双极板 。 此外 ,由于一体化电极双极板的结构紧凑 ,可以降 低石墨毡与双极板之间的接触电阻 , 因此也成为 目前研究的热点 。
Progress on electrode and b ipolar pla te ma ter ia ls for vanad ium redox flow ba tter ies
Q IAN Peng
1, 2
, ZHAN G Hua 2 m in , CHEN J ian , et al
1 1
( 1. Lab of PEM FC Key M aterials and Technologies, Dalian Institute of Chem ical & Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, China; 2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China ) Abstract: The vanadium redox flow battery for energy storage is a new ly developed storage device. The key materials for vanadium redox flow battery, such as electrode materials and bipolar p late materials, have been becom ing the emphasis of the research. Two types of electrode materials ( metal and carbon ) , three types of bipolar p late materials ( metal, carbon - p lastic and graphite) and the utilized electrode and bipolar p late are reviewed in this paper . Key words: vanadium redox flow battery; electrode material; bipolar p late; utilized electrode and bipolar p late
全钒液流电池双极板流道的建模及其优化

全钒液流电池双极板流道的建模及其优化
刘记;左春柽;于海明;左雨欣;张昭;刘鹏
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2012(000)012
【摘要】在传统流道的基础上,对全钒液流电池的双极板流道进行了两次优化.通过采用数值模拟方法对双极板流场进行分析研究,并根据分析结果,将优化的流道结构与传统的流道结构进行比较.结果表明,优化流道后的的性能高于常用的两种传统流道.
【总页数】5页(P1-4,14)
【作者】刘记;左春柽;于海明;左雨欣;张昭;刘鹏
【作者单位】吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春 130025;吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春 130025;吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春 130025;黑龙江八一农垦大学工程学院,黑龙江大庆 163319;吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春 130025;吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春 130025;吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春 130025
【正文语种】中文
【中图分类】TM911.49
【相关文献】
1.全钒液流电池用电极及双极板研究进展 [J], 钱鹏;张华民;陈剑;文越华;衣宝廉
2.全钒液流电池用复合材料双极板研究进展 [J], 王茜;姜国义;刘海波;李爱魁
3.全钒液流电池复合材料双极板研究 [J], 徐冬清;范永生;刘平;王保国
4.全钒液流电池导电双极板材料研究 [J], 徐冬清;范永生;刘平;王保国
5.全钒液流电池导电双极板材料研究 [J], 徐冬清;范永生;刘平;王保国
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全钒氧化还原液流电池的流场工程设计与优化

全钒氧化还原液流电池的流场工程设计与优化
殷聪;王晶;汤浩
【期刊名称】《东方电气评论》
【年(卷),期】2011(025)004
【摘要】采用流体动力学理论计算方法,研究了全钒氧化还原液流电池流场的工程设计和优化.结果表明,对于并行蛇形流场,当液流电池流道深度小于1.5mm时,减小深度可以大幅增加电解液流动过程中的压降,提高在多孔电极材料中的渗透率.为保证流道中电解液为层流流动,流道宽度和流道深度之和需大于某恒定值.并行直通流场中,液流流道深度超过1mm后,电解液在流动时几乎不发生向多孔电极材料的渗透,同时并行主流道宽度对于电解液的渗透率影响不明显.电解液流动过程中,并行蛇形流场的压降要比并行直通流场的压降高1~2个数量级.
【总页数】6页(P7-12)
【作者】殷聪;王晶;汤浩
【作者单位】东方电气集团中央研究院,成都611731;东方电气集团中央研究院,成都611731;东方电气集团中央研究院,成都611731
【正文语种】中文
【中图分类】TM911
【相关文献】
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4.嵌入式全钒氧化还原液流电池管理系统 [J], 张行;包伟华;李辉
5.全钒氧化还原液流电池性能的试验研究 [J], 赵宇;陶俊;李建华;李纯朴
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全钒液流电池双极板材料研究进展

全钒液流电池双极板材料研究进展
戴纹硕;郭骞远;陈向南;张华民;马相坤
【期刊名称】《储能科学与技术》
【年(卷),期】2024(13)4
【摘要】全钒液流电池是目前技术成熟度最高的一种液流电池,作为大规模长时储能的首选技术之一,可以实现可再生能源平滑输出,为高比例可再生能源并网应用提供保障。
其中,双极板是全钒液流电池的关键部件之一。
本文从三种全钒液流电池双极板材料耐腐蚀性、导电性、力学性能及电池特性等角度,首先综述了金属、石墨以及碳塑复合双极板材料的优缺点及其最新研究进展,并根据加工工艺和制造成本两方面,展望了三种双极板材料在全钒液流电池领域的应用前景。
然后,结合新型液流电池双极板的结构优化研究,从双极板平板结构扩展到双极板流道和电极-双极板一体化结构,分析介绍了不同新型双极板流道结构设计在不同试验条件下的适用性,并从制备工艺和电池性能等方面分析了电极-双极板一体化结构在全钒液流电池领域中的应用前景。
最后,针对全钒液流电池双极板的研究现状,总结展望了相应双极板材料及新型双极板结构设计的技术突破要点,为全钒液流电池双极板的未来发展提供了参考和依据。
【总页数】16页(P1310-1325)
【作者】戴纹硕;郭骞远;陈向南;张华民;马相坤
【作者单位】大连海事大学;中国科学院大连化学物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TK02
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能源是社会发展与经济增长的最基本驱动力, 是人类赖以生存的重要物质基础。人类社会发展过 程中使用了大量的化石能源,特别是自工业革命以 来,大量的石油被利用,不仅导致温室气体和环境污 染物排放量持续增加,而且这些能源也面临枯竭的 危机,能源可持续发展成为举世瞩目的社会课题。为 了实现可持续发展社会目标,必须研究开发绿色无 污染的发电技术,如风能、太阳能、潮汐能等。然而, 可再生能源发电过程受气象条件影响明显,具有随 机性、不连续性特征,难于作为持续稳定的电源使用 [1]。因此,无论是哪种能源的利用,都需要高性能的储 能系统与之匹配,能够将富余的电能存储起来,以待 电力缺乏时使用,还能够实现给边远地区供电,以及 解决电网调峰的问题。另外,电动交通工具的发展以 及农业上大马力拖拉机也需要具有高性能的储能系 统。钒氧化还原液流电池,由于具有造价较低,使用寿 命长,无毒,有利于环保、功率和容量可以灵活改变、 可以 100%深度放电,而且无需保护和保存期无限, 储存寿命长等优点,成为储能的最佳选择之[2]。全钒氧 化还原液流电池(VRB)的研究最早始于澳大利亚新 南威尔士大学(UNSW)Skyllas- kazacos 研究小组[3],经 过几年的发展,全钒氧化还原液流电池开始走出实 验室,并迈向工程化研发阶段。
男,教授,博士生导师。
1
Equipment Manufacturing Technology No.12,2012
全钒液流电池的总化学反应方程式:
2+
+
+
2+
3+
V VO2 + 2H 葑 VO + V + H2 O
(3)
图 1 平直并联流道
表 1 双极板几何尺寸(mm)
双极板 长宽 210 142
1 数值模型
本文采用传统的平直并联流道结构,如图 1 所
示,在此基础上对其流道结构进行优化。该结构的具
体尺寸见表 1,压差使电解液以层流状态在流道内流
动,氧化还原反应在膜的两侧同时放生,在充放电
时,阴阳极发生的电化学反应如下[4~5]:
正极电解液的反应方程为:
+
+
-
2+
VO2 + 2H + e 葑 VO + H2 O
摘 要:在传统流道的基础上,对全钒液流电池的双极板流道进行了两次优化。通过采用数值模拟方法对双极板流场进 行分析研究,并根据分析结果,将优化的流道结构与传统的流道结构进行比较。结果表明,优化流道后的的性能高于常 用的两种传统流道。 关键词:全钒液流电池;双极板流道优化;电解液流体力学;动力学仿真
中图分类号:TM911.49
一个液压阻力网络[6],如图 2 所示。
Qn
p1n
p1n
Qj
p1j
p2j
p13
Q2
p23
K1
Kc
K2
p12
p11
Q1
p17
p21
图 2 并联式液压阻力网络
可以设想把流体入口总流道与出口总流道切割
成若干小段,流体入口总流道各小段的阻力系数为
K1,出口总流道个小段的阻力系数为 K2,各支流道内 的液压阻力为 Kc。j 支流道内的流量为 Q j,其进出口 压力分别为 p1j 与 p2j。由于全钒液流电池双极板流道 内的流动状态为层流,支流道内的压降公式可以表
反应区域 长宽 150 92
主流道
支流道
宽 长 槽宽 脊宽 槽深
15 102 4 4 2
1.1 控制方程
本文假设全钒溶液为不可压缩流体,不考虑重
力对流体流动的影响,当不可压缩流体在流道中低
速流动时,其雷诺数很小,钒溶液在流道内以层流的
状态流动,相应流体的连续方程和动量方程为
荦·(ρu)= 0
(4)
荦×(ρuu)= - 荦p + 荦×(μ荦u) (5)
示为:
△pc = KcQ
(6)
式中,Q 为支流道内的流量。在总流道中入口与
出口处的两个相邻支流道之间的压降,分别为 △pin 与 △pout,它们的表达式为:
2
△pin = K1 Qi
(7)
2
△pout = K2 Qo
(8)
式中,Qi 与 Qo 分别为入口总流道与出口总流道 处的流量。
在图 2 中,符号的下标表示支流道的个数。所有
在全钒液流电池中,双极板是全钒液流电池的 关键部件之一,起着连接不同单电池的正负极并导 通电池内电路的作用,要求其具备良好的导电性、机
械强度、耐化学氧化和电化学腐蚀性能。目前,国内外 的专家学者主要从材料对电池性能影响等方面对双 极板进行研究,并取得了很大的成就,但是有关双极 板流道优化方面的报道较少,并且这方面对液流电池 的性能有很大影响,因此,对双极板流道进行优化设 计具有非常重要的意义。由于在传统的两种平直并联 流道和蛇形流道中,平直并联流道具有电解液的流程 较短、流动阻力较小,电解液分布不均匀等缺点,影响 了电池的性能;而蛇形流道虽然电解液分布均匀,但 是其流程较长,流动阻力较大,也对电池性能产生不 利影响。因此,本文将在平直并联流道的基础上,对流 道结构进行两次优化,确定出最佳的流道结构,为全 钒燃料电池的设计和生产提供理论基础。
(1)
负极电解液的反应方程:
2+
3+
-
V 葑V +e
(2)
收稿日期:2012- 09- 05 基金项目:国家自然科学基金(No.51175223);吉林省科技发展计划项目(No.20100564) 作者简介:刘 记(1984—),女,安徽亳州人,在读硕士,主要从事燃料电池方面的研究;通讯作者:左春柽(1963—),山西繁峙人,
葑葑
葑葑葑葑葑
葑葑
《装备制造技术》2012 年第 12 期 葑葑葑葑葑 试验与研究
全钒液流电池双极板流道的建模及其优化
刘 记 1,左春柽 1,于海明 1,2,左雨欣 1,张 昭 1,刘 鹏 1
(1. 吉林大学机械科学与工程学院,吉林 长春 130025; 2. 黑龙江八一农垦大学工程学院,黑龙江 大庆 163319)
式中,
u 为流体平均速度矢量;
p 为流体压力;
ρ 和 μ 分别为流体的质量密度和动力粘度。
1.2 计算模型
在并联式电池电堆中,流体从入口总管进入若
干个平行的单电池,然后在出口总管处汇集流出。流
体 的 流 动 相 当 于 穿 过 若 干 个 串 并 联 的 流 阻 。 R.J.
Boersma 等人认为,这种电堆的流体模型可以描述为