非水系液流电池多孔电极内反应传输过程模拟

发布时间：2021-03-28 05:37

　　低共熔溶剂作为一种非水系电解液,在提高液流电池能量密度方面展现出极大的发展潜力。本文针对以低共熔溶剂为电解液的非水系全铜液流电池内反应传输行为,建立了考虑电解液流动、铜离子组分传质、电荷传输以及电化学反应过程的孔隙尺度多松弛时间格子玻尔兹曼模型。在此基础上,以随机重构获得的三维多孔电极结构为模拟对象,数值研究了这种非水系液流电池正极恒电流充电过程中孔隙尺度的耦合反应传输过程,分析了充电电流密度及运行温度对非水系全铜液流电池运行性能的影响规律。 

【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图２模型验证算例示意图??Ｆｉｇ．?２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｃａｓｅ??

表２所示。??度与组分扩散比值的Ｄａｍｋ６ｈｌｅｉ？数，为无量纲??压差，而和分别为无量纲浓度和无量纲??流量．??另外，结合液流电极工作的实际特点，模拟所??选用的三维多孔电极的宏观边界条件如表３所示。??表１多孔电极结构参数??Ｔａｂｌｅ?１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ??ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??参数??数值??长度Ｌ／ｐｍ??２８０??宽度ＨＶｕｍ??１４０??高度??１５０??纤维直径Ｄ／Ｖｍ??６??孔隙率ｓ??０．９??图１重构获得三维孔隙结构??Ｆｉｇ．?１?Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ?ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｐｏｒｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??表２电解液物性参数??Ｔａｂｌｅ?２?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??物性参数??数值??入口荷电状态ＳＯＣ??０．５??外部充电电流密度＾ｅｘｔ／Ａｍ－２??１００?？６００??固态电极电导率％／Ｓ．ｍ－１??１０００??传输系数Ｐ??０．３??初始浓度铜离子Ｃｂ／ｍｏｈｍ＿３??１５００??初始氯离子浓度ＣＶｍｏｈｎ＾３??７５００??为了将实际的物性参数与ＬＢ模拟所选用的格??子参数相对应，需要对数值计算所涉及的参数进行??无量纲化处理，本文具体所采用的无量纲参数如下：??Ｕ〇Ｌ?Ｄｉｔ??Ｒｅ?＝?，?Ｆｏ?＝?—ｒ．?Ｂｅ??ｖ?Ｌ１??ＡＰＬ２?＿?ｋ〇Ｌ??Ｐ〇ｖ－?Ｄｉ??ｃ＊?Ｊｍａｓｓｉ／（Ｃ，°?？?Ｄｉ）＇ｒ?＝??（２４）??式中，办为表征电解液流动特性的Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数，凡??为无量纲时间Ｆｏｕｒｉｅｒ数，Ｄ

＝０．１；?（ｂ）??Ｆｉｇ．?３?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ＬＢ?ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?ａｎａｌｙｔｉｃａｌ??ｓｏｌｕｔｉｏｎ：?（ａ）?Ｄａ＝０．１；?（ｂ）?Ｄａ＝ｌ??３结果与讨论??在完成ｌｂ模型构建以及纤维状多孔电极随机??重构的基础上，本文模拟了全铜液流电池正极充电??过程中的流动、传质以及电化学反应行为。首先在??固定的电池工作温度（ｒ＝３１３?Ｋ）和电解液流动压差??（说＝２．１＼１０６）条件下，研究充电电流密度的变化对??电池反应传输行为的影响。图４为孔隙率为０．９，充电??电流密度为４００?Ａｍ－２的三维重构多孔电极内Ｃｕ（Ｉ）??离子的无量纲浓度（Ｇ／Ｃｏ）以及局部电解液荷电状??态（ＳＯＣ）分布云图。可以看出在电解液向出口方向??流动过程中，Ｃｕ（Ｉ）的浓度随着电化学反应消耗而逐??渐降低，而Ｃｕ（ＩＩ）作为充电过程的反应产物则浓度??升高，所以局部ＳＯＣ沿：ｒ轴方向逐渐增大。??（ａ）??ｒ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｉ?￣ｎ??０．４０?０．４５?０．５０?０．５５?０．６０?０．６５?０．７０?０．７５?０．８０?０．８５?０．９０?０．９５?１．００??（ｂ）??图４多孔电极内Ｃｕ（Ｉ）离子浓度以及局部ＳＯＣ分布云图：⑷??Ｃｉｘ（Ｉ）离子浓度；（ｂ）局部ＳＯＣ??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｎｔｏｕｒ?ｏｆ?Ｃｕ（Ｉ）?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｌｏｃａｌ?ＳＯＣ：?（ａ）??Ｃｕ（Ｉ）?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ；?（ｂ）?ｌｏｃａｌ?ＳＯＣ??


本文编号：3104985