全钒液流电池充放电特性及其影响因素试验

发布时间：2020-05-05 05:40

【摘要】：目的探索全钒氧化还原液流电池中电流密度、电解液浓度、电解液流量大小等操作参数对钒电池性能、能量效率的影响.方法将Nafion117膜、石墨毡和带流场的集流板组装成全钒液流电池,采用日本菊水电子工业株式会社制造的液流电池测试平台,测试了全钒液流电池充放电特性、库伦效率、电压效率和能量效率,分析了充放电电流和电解液浓度对全钒液流电池充放电特性、库伦效率、电压效率和能量效率的影响.结果研究发现:增大充放电电流密度和电解液浓度,可以缩短全钒液流电池充放电时间;增大充放电电流密度,可提高电池的库伦效率,而降低电池的电压效率和能量效率;增大电解液浓度,电池的库伦效率、电压效率和能量效率都降低.结论增大电流密度,可以降低电池的自放电和减少电池的副反应的发生,从而减少电池的充放电时间,电池的库伦效率增加;增大电流密度,欧姆极化产生的电压损失增加,电池的能量效率和电压效率降低;增大电解液浓度,单位体积内参加电化学反应的活化分子数增加,在电解液体积一定的情况下,电池的充放电时间缩短,库伦效率、电压效率和能量效率增加;增大电解液流量,电池的传质电压损失减少,浓差极化产生的过电位减少,电池性能越好.研究结果对优化全钒液流电池的操作参数、推动其运用具有重要意义.
【图文】：

?．笔者采用液流电池试验测试平台，测试了全钒液流电池的充放电特性，分析了电流密度、电解液浓度和反应物流量对电池充放电特性、库伦效率、电压效率和能量效率的影响．分析发现电解液浓度主要通过影响电解质中活性物质的数量和各价态的钒离子的黏度来影响电池的性能．为全钒液流电池操作参数的优化和电池的推广应用提供重要参考．1全钒液流电池及试验全钒液流电池正负极之间用质子交换膜分隔成相互独立的两室，正极活性电对为VO2+/VO+2，负极活性电对为V3+/V2+．全钒液流单电池的结构如图1所示．图1全钒液流单电池示意图Fig.1Aschematicofthevanadiumflowsinglebattery充放电过程中电解液通过蠕动泵进入电极区域，，电解液由一侧进入电极和石墨电极板的公共区域，从电极的另一侧流回储液罐，整个充放电过程电解液一直处于流动状态，正极和负极的电解液流动过程相似．充放电过程电化学反应主要在电极和质子交换膜的界面发生，电化学反应为［9］正极:VO2++H2O充电^Q^/^/^/^P放电VO+2+2H++e－负极:V3++e－充电^Q^/^/^/^P放电V2+总反应:VO2++V3++H2O充电^Q^P放电VO+2+2H++V2+试验测试系统装置包括PWX1500L型宽量程可变开关充电电源、电子负载PLZ664WA、电池监控系统KFM2150System、183μm厚的Nafion117质子交换膜、5mm厚的石墨毡、13mm厚的石墨流场板板、蠕动泵、电解液、单电池等．全钒氧化还原液流电池的测试系统如图2所示．图2全钒液流电池测试系统Fig.2Vanadiumflowbatterytestsystem充电时闭合开关SW1，放电时闭合开关SW2．将石墨流场板、石墨毡、质子交换膜、夹具做成单电池，分别通入三种浓度的电解液:

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本文编号：2649631