全钒液流电池的宏观传质模拟及电池性能试验

发布时间：2017-12-23 21:32

本文关键词：全钒液流电池的宏观传质模拟及电池性能试验　出处：《沈阳建筑大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：全钒液流电池(Vanadium redox flow battery,简称VRB)是一种新型、环保、高效的储能电池,可以通过电化学反应中不同价态钒离子之间的相互转化,实现循环充放电。它具有寿命长、效率高、响应速度快、成本低以及可瞬时充放电等突出优点广泛应用于太阳能、风能、水能等领域中的储能。本文通过性能测试试验和宏观模拟两种研究手段研究了不同运行参数下全钒液流电池的性能,以及电池内部组分的分布情况。目的是优化电池的运行性能,提高其能量效率,降低成本。本论文使用电化学工作站和宽量程可变开关电源,自行设计组装了全钒液流电池单体,搭建了储能电池充放电特性测试系统。通过实验室测试实验分析了不同的电解液流速和充放电电流密度下全钒液流电池单体的j—V曲线和交流阻抗特性。实验结果表明:充电达到相同的状态后,在放电过程中,流速越大,放电持续时间越长,能量效率越高,输出的功率越大;而且随着流速和充放电电流密度的增大,全钒液流电池的交流阻抗有变小的趋势;相对于较小的电流密度,在大电流密度下流速的改变对交流阻抗的影响更为明显。同时本论文还建立了全钒液流电池三维传质模型,对全钒液流电池运行过程中V2+、V3+、VO2+、VO2+的传质传递进行模拟仿真计算,通过分析结果并进行数据处理,得到了电池稳态运行中四种离子在电极扩散层内的分布状态,并通过控制不同的电解液流速和电解液浓度,采用控制变量法分析了不同运行参数对全钒液流电池传质分布规律的影响。模拟结果表明:VO2+和V2+的质量分布沿流道方向逐渐降低,VO2+和V3+逐渐增加。四种离子在流场中整体呈现出“两端高,中间低”的分布情况。提高电解液的流速,可以增加入口处的离子质量分数,但对电化学反应速率的影响不大。而提高电解液的浓度,不仅可以提高电池内的电化学反应速率,还可以同时影响入口处的离子分布情况。
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912

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