全钒液流电池充放电性能研究.pdf

求テ論2015060第29卷V?29总第114期
ONGFANG ELECTRIC REVIEW
全钢寂流电兖旅旦能研
房红琳周正练勇
东方电气集团中央研究院,成都611731
摘要:利用二维耦合反应理论模型并结合全钒液流电池性能评价实验,重点研究了单电池在不同电解液荷电状态下的充放
电性能,实现了对电极反应微观分布特性的定量分析和验证。研究结果表明,电池设计及运行参数对电池充放电性能及效
率具有重要影响。综合考虑电极材料导电性、反应区厚度以及充放电电流密度进行反应区设计,是促进电池效率提升的有
效途径。
关键词:全钒液流电池;二维数值模型;充放电测试;SOC;电极反应分布
中图分类号:TM911
文献标识码:A
文章编号:1001-9006(2015)02-0001-07
Charge-discharge Performance Study of Vanadium Redox Flow Battery
FANG Honglin, ZHOU Zheng, LIAN Yong
Central Research Academy of Dongfang Electric Corporation, 611731. Chengdu, China)
Abstract: Performance and reaction mechanism studies on VRB single cell are carried out through a numerical simulation and charge
discharge experiment. A two-dimensional static model is established to simulate the distribution patterns of polarization voltage, current
density and active ions concentration under various SOC (state of change) conditions. It is found that both VRB physical parameters
and operation conditions, such as eleetrical conductivity of eleetrode materials, thickness of reaction zones, cell voltage and current
density. have significant effect on batterys performanee and efficiency. Based on these simulation and experiment results. the VRB
efficiency can be improved by optimizing operating conditions and reaction area flow field design
Key words: vanadium redox flow battery; two-dimensional numerieal model; charge-discharge test; state of charge; electrode reaction
distribution
全钒液流电池是利用不同价态钒离子的氧化还电池堆作为系统核心发电模块,是发生充放电电
原反应进行能量储存和利用的电化学装置,具有效化学反应的场所,主要决定系统的性能、寿命及
率高、寿命长、环境友好、功率和储能容量可独立成本。
设计等技术优势,在备用供电系统、可再生能源发
目前,工程化钒电池储能系统的能量效率一
电、构建安全智能电网等领域具有广阔应用前景,般为65%~75%?,效率损失主要来源于电堆能量
在大容量静态储能领域也极具应用潜力-3。
损耗、附属部件功耗以及功率变换能耗等。其中,
全钒液流电池储能系统如图1所示。电解液存电堆充放电能量损耗在系统整体能耗中的占比高
储于储液罐内,在系统工作过程中,液体泵驱动达50%以上。因此,提高系统的能量转换效率需
正负极电解液在电堆、管路和储液罐内进行循环,要在有效控制电堆内阻和充放电浓差极化的基础
电堆通过电源/负载实现对电解液的充放电?。上,增强电极材料的催化反应活性,降低极化电
收稿日期:2015-03-0
作者简介:房红琳(1986-),女,2011年7月于重庆大学环境科学专业毕业,理学硕士,工程师。现在东方电气集团中央研究院从事燃料
电池和钒电池的开发工作。
周正(1986-),男,2012年7月毕业于西安交通大学动力工程及工程热物理专业,工学硕士,工程师。现在东方电气集团中央
研究院从事燃料电池和钒电池的开发工作
练勇(1979-),男,2010年7月于电子科技大学微电子与固体电子专业毕业,工学硬士,工程师。现在东方电气集团中央研究
院从事燃料电池和钒电池系统控制的开发工作。