全钒液流电池电化学极化理论研究

以全钒液流电池电化学反应机理为基础,建立了电池二维数值模型,并应用此模型研究了电解液钒离子浓度、充放电电流密度以及碳毡孔隙率对电极极化行为的影响。结果表明,电极孔隙率不仅影响电极极化电压分布,而且也是决定电池充放电性能的重要因素之一。     

曲面接触设计——全钒液流电池性能优化研究

全钒液流电池的基本结构包括集流板、电极、电解液以及离子交换膜4部分。在电池充放电过程中,电池内部会产生各种极化损失,包括欧姆极化、电化学反应活化极化以及浓差极化。其中欧姆极化分为2部分,一部分由本体电阻产生,另外一部分由不同导体之间接触界面电阻产生。本文通过文章分析了一种曲面集流板设计,改变集流板与电极的接触面形式,达到减小界面接触电阻、降低电池整体极化电压的目的。另外,文章从理论角度分析了集流板与电极接触形式的改变引起电极内部反应分布的改变,从而影响反应活化极化的分布状况。     

全钒液流电池三维模拟

通过全钒液流电池三维耦合反应模型的建立,研究了三种不同电池结构设计中电解液流场分布、电压分布、电流分布以及离子浓度分布。结果表明,电解液主管道至电极反应区横向导流槽的设计,有效提高了电池堆中电解液分配的均一性,降低反应浓差极化,提高电池充放电效率。     

伏安曲线与交流阻抗联合解析燃料电池阻力

探讨了采用伏安曲线拟合法和交流阻抗谱拟合法得到的燃料电池电化学极化电阻、欧姆极化电阻和浓差极化电阻之间的关系。研究结果表明,采用这两种方法可得到相近的电化学极化电阻,但欧姆极化电阻和浓差极化电阻的差别比较大。从伏安曲线上得到的欧姆电阻比从交流阻抗谱曲线上得到的欧姆电阻大,高出的部分为电池的接触电阻。从交流阻抗谱曲线上得到的浓差极化电阻只包括了迁移离子在电极内部和表面上的扩散阻力,不包含气体扩散的阻力;从伏安曲线上得到的浓差极化电阻不适合外推至低电流密度和超出实验数据点的高电流密度范围。     

千瓦级全钒液流电池组并联系统性能评估

液流电池在可再生能源发电出力及微网、智能电网建设等方面有着广阔的应用。随着液流电池应用的越来越广泛,全钒液流电池(Vanadium Flow Battery,VRB)在整个生命周期中的性能评估显得尤为重要。在理论基础上研制了千瓦级全钒液流电池组,在工作过程中对电堆进行热成像处理,分析电池组的工艺性能。在不同电流密度下进行并联充放电试验,分析了电流密度对电池组充放电性能及效率的影响。试验结果及分析对千瓦级液流电池的实际设计及应用有一定的参考价值。     

不同温度下磷酸铁锂电池内阻特性实验研究

以电动汽车用能量型磷酸铁锂动力电池为研究对象,通过不同温度(-20~40℃)下的电池充放电实验和混合脉冲功率特性法(HPPC)测量电池内阻,研究了环境温度和荷电状态(SOC)对电池充放电欧姆内阻、极化内阻和总电阻的影响。结果表明:随着温度降低,充放电欧姆内阻和极化内阻均增加,但欧姆内阻的变化率大于极化内阻;欧姆内阻是电池内阻的主要组成部分,对温度的敏感性比极化内阻更高;随着温度降低,欧姆内阻增加的变化率逐渐增大;在某一固定温度下,极化内阻比欧姆内阻受SOC的影响更大;SOC在0.2~0.8范围内,电池充放电内阻基本稳定,动力电池的荷电状态应控制在此区间内,以获得良好的功率特性。     

全钒液流电池建模及充放电双闭环控制

介绍了全钒液流电池的工作特性,并依据全钒液流电池和DC/DC双向变换器的电路模型建立数学函数模型,采用充放电的双闭环控制,利用Matlab/Simulink进行了电池充放电的仿真。结果验证了全钒液流电池双闭环充放电控制的可行性和优越性。全钒液流电池在大型光伏储能系统中具有广泛的应用前景,针对其进行充放电控制研究是非常有必要的。     

氢气杂质CO对质子交换膜燃料电池性能影响建模

从CO对燃料电池性能影响的机理出发,分别对电池的电化学活化极化段、欧姆极化段、浓差极化段中CO的影响进行了探讨,并建立了CO对PEMFC的性能影响模型。提出电池在中等电流密度段电压迅速下降的原因是由于CO吸附在催化剂表面,影响了氢气氧化反应的速率,从而降低了电极的极限电流密度造成的。通过50cm2单电池的1×10-6CO影响结果对模型的输出结果进行验证,两者比较符合。     

全钒氧化还原液流储能电堆

采用高密度石墨板为集流板,质子交换膜为隔膜,多孔碳材料为电极,组装成全钒氧化还原液流电池,研究了不同质子交换膜、多孔碳材料和电解液的流量对电池性能的影响,用15个单电池组装成了全钒氧化还原液流储能电堆,电堆的电极和隔膜的有效面积均为546 cm2,并对电堆的充放电性能进行测试和表征.结果表明,以PVDF-g-PSSA膜为隔膜,聚丙烯腈石墨毡为电极的全钒氧化还原液流储能电堆充放电可逆性能好,能量效率随着充放电电流密度增加而减小,电流密度在40 mA/cm2左右时,能量效率高达82.3%,电堆的库仑效率随电流密度增加而增加,电流密度超过1 00 mA/cm2时,库仑效率可达94.5%.     

基于能效优化的液流电池储能监控系统研制

为了提高全钒液流电池储能系统能量转化效率,结合钒电池各种电量和非电量数据采集和分析,通过控制策略优化和软硬件设计,研制了全钒液流电池储能监控系统,实现对全钒液流电池电解液流量在0～100 kW功率下的优化控制,通过降低泵耗和电堆极化,减少了系统的能耗,充电时可达到14.22 kWh,放电时可达到7.69kWh.100 kW级的全钒液流电池储能系统充放电试验结果表明,该监控方式可有效提升系统整体效率,充电时可达到7.70％,放电时可达到6.68％所提出的电解液流量控制方式可为液流电池储能系统能效优化提供借鉴.     

MH-Ni电池1.2 V放电电压平台的电化学研究

MH-Ni电池放电电压平台是一个十分复杂的问题,涉及电极材料、制作工艺及添加剂等多种因素.由于MH-Ni电池工作机理是基于电化学反应过程,因此这些因素的影响最终会通过电化学反应反映到电池的放电性能上.从电化学角度利用暂态测试技术--电流阶跃法对MH-Ni电池放电过程中影响电压变化的因素进行了研究,初步弄清了造成MH-Ni电池1.2 V电压平台衰减的电化学原因.结果表明,MH-Ni电池的重要电化学参数--欧姆内阻与放电电压平台有着重要关系.不同欧姆内阻的MH-Ni电池,其1.2 V放电电压平台衰减规律不尽相同.对于欧姆内阻较小的电池,1.2 V放电电压平台主要由非欧姆极化控制;欧姆内阻较大的电池,1.2 V放电电压平台主要由欧姆极化控制;欧姆内阻介于二者之间时,1.2 V放电电压平台由欧姆极化和非欧姆极化联合控制.研究中还发现,放电进入末期时,MH-Ni电池的非欧姆极化急剧上升导致电池电压迅速下降到放电截止电压,使电池终止放电.     

交流阻抗谱法研究燃料电池的极化阻力

电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)是用于研究燃料电池电性能的一种重要手段,因其包含了大量的电池极化阻力等方面的信息。通过对电化学阻抗谱的分析可以得到电池的欧姆极化电阻、电化学极化电阻和浓差极化电阻等数据。分析了固体氧化物燃料电池常见的各种形状的交流阻抗谱,给出了各自的等效电路,并通过对等效电路的拟合求得了电池的极化电阻。与文献中普遍采用的直接读图法相比,拟合法得到的电池极化电阻数据更准确、更合理。     

不同充电模式对锂离子电池极化特性影响

锂离子电池大电流快速充电成为近年来的发展趋势,但大电流充电很容易在电池内部引起严重极化,影响电池的性能与寿命。本文研究不同充电模式对锂离子电池极化特性的影响规律,首先,建立基于LiMn_2O_4/石墨电池的电化学-热耦合瞬态计算模型,充分考虑充电过程中电池内部的电化学过程和内热源实时变化,通过变电流充电时电池端电压变化和电解液浓度的空间分布规律,研究电池内三种极化的时变特性。然后,研究不同恒流充电倍率下电池端电压和极化电压随SOC的变化规律,提出表征电池极化程度和极化电压对电池充电过程影响的变量P_A与SOC_c,定量分析不同充电条件下极化电压对锂离子电池充电过程的影响。最后,研究Reflex快速充电条件下极化电压的变化规律,分析不同正向充电时间t_(ch)对电池极化及充电过程的影响,并给出了建议t_(ch)值。结果表明,极化电压受充电电流和SOC的直接影响,而其变化又直接影响电池端电压的变化,Reflex快充方法能有效抑制电池极化,减弱其对充电的影响。     

电流密度和温度对VRB性能的影响

利用千瓦级全钒液流电池(VRB)模块,考察了电流密度和温度等因素对VRB输出性能的影响.在1.000～1.550 V的单体电池工作电压区间内,充电电流密度对容量的影响比放电电流密度大.随着温度从25℃降低至-5℃,VRB的极化从20 mV/20 mA·cm~2增加到40 mV/20 mA·cm~2;以80 mA/cm~2和40 mA/cm~2循环时,能量效率降低率分别约为0.32%/℃和0.06%/℃.     

PEMFC发电系统稳态电压模型研究

从电化学的角度分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的极化特性,在此基础上针对其主要工作区在欧姆极化段的特点,通过测算出不同温度、操作压力条件下的等效热力学电动势与电池堆内阻,建立了一个简单实用的稳态电压模型。最后通过对一个500 W的PEMFC发电系统的稳态负载实验,验证了模型的建立是可行和合理的。     

碱性BH4-在铜阳极上的电化学行为

用线性极化方法研究了铜对BH4-氧化的电化学行为。室温下,在2.0 mol/L NaBH4 2.0 mol/L NaOH的阳极电解液中,由铜阳极、铂阴极和NRE-212膜组成的直接硼氢化物燃料电池(DBFC)的最大电流密度和最大功率密度分别为235mA/cm2和46.14 mW/cm2;用恒流法以20 mA/cm2进行寿命测试,电压在0.6 V左右稳定达50 h。扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)测试的结果表明:实验中阳极表面形貌不断变化,但始终为铜单质。     

直通管模型气体扩散电极的电流分布计算

用基于单孔模型基础上的规则直通管模型计算气体扩散电极的电流分布。假设仅有活化极化和欧姆极化存在的情况下,此时电化学反应发生在电解液、气体和电极固体骨架的接触线上。在该状态下,考察了孔径和孔隙度对电流分布的影响,以及在过电位初值大于和小于0.1 V时的电流分布。通过提出一种假设的规则直通孔分布的模型实现了沿电极厚度方向各个位置电流分布的理论计算,可为制造高效电极提供理论依据。     

电机定子线棒绝缘介质损耗特性研究

通过对电机定子线棒主绝缘中单气隙-介质串联电路的两种放电理论(气隙击穿理论和界面极化理论)的对比分析,研究了两种放电理论对线棒绝缘的介质损耗及其增量的定量计算和适用范围。结果表明,气隙击穿理论可以定量解释较大气隙的放电引起的介质损耗随电压升高而增大的正增量现象,而界面极化理论可以定性解释较小气隙放电引起的介质损耗随电压升高而减小的负增量现象。