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[交流]
液流電池效率分析及提升手段措施（實驗設(shè)計方面）
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一、庫倫效率 在做庫倫效率分析前，需要明確影響庫倫效率的副反應(yīng)、自放電以及漏電電流等幾個因素所占的比例，才能明確最有效的提升手段和措施。在幾個因素中，我們可以通過改變組裝電池的材料、測試流程或條件來進(jìn)行定量分析各因素所占比例，在試驗設(shè)計中，我們需要通過其他測試結(jié)果輔助證明我們此部分的測試結(jié)果分析，庫倫效率影響最大的是電池容量，那么容量衰減就是我們的主要輔助測試手段。比如可以可通過設(shè)置不同充電截止電壓，來考察由于副反應(yīng)造成的庫倫效率損耗，在此測試中，需要考慮電解液流速，電解液在電極上的更新速度是否能夠跟上電極上的反應(yīng)速度，同時我們需要明確電池的副反應(yīng)主要是由于那部分造成的；自放電主要是由于隔膜的活性離子滲透造成的，在這部分測試中，我們需要與隔膜的離子滲透率相結(jié)合，目前工程上應(yīng)用最多的是全氟質(zhì)子膜，存在離子滲透率、水遷移大等問題，但全氟質(zhì)子膜導(dǎo)電性較好，尤其在高電密下，其性能更能反映出隔膜的性能。在影響庫倫效率因素中，漏電電流是比較難進(jìn)行定量測試的，對此部分涉及仿真模擬以及結(jié)構(gòu)分析，在此不做詳細(xì)解讀。 影響庫倫效率的因素進(jìn)行定性定量分析后，我們就可以對提升手段做針對研究。提升途徑主要有1）電極，提高電極導(dǎo)電性及電化學(xué)活性，改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)或親水性；2）雙極板，提高雙極板導(dǎo)電性，增加雙極板與電極的接觸面積，進(jìn)而降低接觸電阻，如一體化電極，此種途徑需要確定副反應(yīng)是由于電池內(nèi)阻大，導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生；3）隔膜，在不大幅降低隔膜導(dǎo)電性的同時，降低隔膜活性物質(zhì)滲透率和透水率，或通過優(yōu)化電池運行條件，降低透水率和離子滲透率；4）結(jié)構(gòu)，優(yōu)化液流框、管路等流道結(jié)構(gòu)，降低由于電解液回路形成的離子通道、單體與電解液流道形成的電子離子通道等造成的自放電；優(yōu)化電堆串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，降低由于電堆與電堆間形成的電子通道造成的自放電。 二、電壓效率 所有影響電池內(nèi)阻的因素都會涉及電壓效率，由于涉及因素太多，電壓效率的定量分析就比較繁瑣有難度，針對此種情況，外部因素建議從材料、結(jié)構(gòu)、運行條件等入手。在考察材料特性時，可以在低電密下進(jìn)行，若低電密下，電壓效率就較低，考慮電極活性、電解液在電極上的均勻性、雙極板導(dǎo)電性（主要是塑料雙極板）等，在高電密下，可以結(jié)合電解液利用率、電池內(nèi)阻等對材料進(jìn)行考察，由于高電密下對材料、結(jié)構(gòu)要求較高，不建議在不確定結(jié)構(gòu)影響的情況下，在高電密下考察材料性能。對于結(jié)構(gòu)影響電壓效率，主要是從電解液均勻性和流速角度進(jìn)行考慮，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要注意流阻、壓降與泵損耗的關(guān)系。對于液流電池運行條件，如泵速，需要與運行功率關(guān)聯(lián)，從系統(tǒng)層面考慮電壓效率；最優(yōu)運行SOC范圍，需要考慮正負(fù)極電解液體積和價態(tài)的平衡狀態(tài)，同時SOC的檢測精準(zhǔn)度也需要與電解液狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。 對于電壓效率的影響，我們選取一個影響因素進(jìn)行多方面分析后，就可以確定提升手段，1）電極，提高電極電化學(xué)活性，降低電化學(xué)極化，提高電極親水性和孔隙率，降低濃差極化，尤其在高電密下，電化學(xué)極化占比越來越大，濃差極化，我們可以通過提高電解液流速來降低，但降低電化學(xué)極化就必須提高電極電化學(xué)活性，需要注意的是，在改善修飾電極活性時，不要降低電極的導(dǎo)電性；2）隔膜，隔膜導(dǎo)電性的差異，主要差別在高電密下，目前應(yīng)用的全氟隔膜，低電密下，隔膜的導(dǎo)電性差異，在電池中體現(xiàn)不是很明顯；3）雙極板，雙極板的導(dǎo)電性需要考慮導(dǎo)電性的均勻性，尤其是復(fù)合雙極板，還需要考慮耐壓、透氣率等參數(shù)；4）接觸電阻，目前降低接觸電阻主要是增大電極的壓縮，但是隨著電極壓縮的增大，電極的孔隙率會降低，碳纖維的脫落率會增大，從降低接觸電阻的角度出發(fā)，一體化電極是可行方案。5）電解液，降低電解液粘度、提高電解液利用率。 |
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 液流電池flow battery |
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庚辰辛丑2樓
2025-02-26 14:59
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2025-02-26 15:16
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altrasme4樓
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nono20096樓
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jiaoxg7樓
2025-02-26 17:35
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hyjcs9樓
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tzynew10樓
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lymjjh11樓
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