A three-dimensiorn non-isothermal model for VRB

利用仿真软件进行了建模计算,采用Darcy定律分析流场,对全钒氧化还原液流电池(钒电池)的流场特性、流场内钒离子的浓度分布以及恒流充放电时电池的温度变化进行了模拟研究,结果表明:电池进液口的位置及进液速度对流场的压力及其分布均匀性有较大影响,钒离子会在膜两侧发生富集,其浓度分布与电解液的流量直接相关.电池负极温升明显大于正极,在理想情况下,持续运行10个循环后温度会上升2K左右.     

温度和浓度对钒电解液性能的影响

钒电池系统主要由隔膜、极板、电极、正负极电解液储液罐和循环泵等几部分构成。充放电过程中,正负极电解液中钒离子的价态发生变化,实现电能的存储和释放。对不同浓度的钒电解液在不同温度下的电化学循环伏安行为进行了研究。结果表明,在同一温度下,随着含钒离子浓度增大,参加电化学反应的离子数量增多,钒电池可以产生更大的输出电流。同时随着含钒离子浓度增加,电化学反应的可逆性变差,钒电池充放电循环过程的能量损失将会增加,这势必会降低电池的能量效率;对于同一浓度下的钒电解液,氧化反应和还原反应的峰值电流值随着温度的升高而增大。适当提高钒电解液温度,可提高全钒液流电池的输出电流。     

钒电池充放电过程离子变化规律研究

采用电位滴定法测定了钒离子浓度,并与钒化学分析方法(GB)测定结果进行了对比.在此基础上.研究了钒电池在一定充电深度下充放电过程中正负极不同价态钒离子浓度变化规律.结果表明.在钒电池多次循环过程终态时.无论是充电状态.还是放电状态.正负极电解质中钒离子浓度变化规律一致.即正极V5 离子浓度随电池循环次数的增加而升高;负极V2 离子浓度随电池循环次数的增加而降低.并且这种失衡现象严重影响着电池的寿命和效率.因此,若想延长电池循环寿命.保证电池设计容量和效率,如何有效控制正负极电解质中V2 与V2 离子实际浓度与理论值相匹配是电池运行中的关键问题.     

正负极电解液对钒电池能量衰减的影响研究

为提升钒电池的能量效率、降低电池在充放电循环过程中的容量衰减,对正负极电解液钒浓度和硫酸浓度不同的三组电池进行充放电实验。分别对钒浓度为1.7 mol/L、硫酸根浓度为4.5 mol/L,钒浓度为1.55 mol/L、硫酸根浓度为4.1 mol/L,钒浓度为1.55 mol/L、硫酸根浓度为4.7 mol/L的三种电解液进行循环伏安实验。实验表明负极电解液在较高的硫酸浓度和较低的钒浓度下,钒离子迁移量较小,电池的容量衰减较小,能量效率也较高。     

V3+/V4+电解液的制备及溶解性研究

以V2O3和H2SO4为原料,通过煅烧-溶解的方法得到了钒氧化还原液流电池电解液.电位滴定测试表明该方法可以得到V3 和V4 离子浓度之比正好为1的钒氧化还原液流电池电解液.研究结果表明通过在煅烧物料中加入适量的Na2SO4可以提高电解液中V3 和总钒离子浓度;在电解液中加入硝酸钠可以提高电解液中钒离子的浓度,但它使V3 离子不稳定,而变为V4 离子.     

质子交换膜燃料电池电流分布测定

目前大功率燃料电池研究中存在的主要问题是电池在放大过程中性能出现大幅度衰减。研究质子交换膜燃料电池电流密度分布 ,是解决其电池放大过程中性能衰减的基础 ,对提高燃料电池的比功率 ,加速其商业化进程具有重要意义。采用子电池方法 (SubcellApproach)对质子交换膜燃料电池电流分布进行了测定 ,采用网状流场 ,面积为 13 0cm2 。分别考察了气体压力、气体流量、电池温度及不同放电电流密度等条件对电池电流分布的影响。实验结果表明 ,采用网状流场电流密度分布并不均匀。分析了网状流场内流体、水分布情况 ,提出了一种网状流场新的流型。这种方法还可以应用于蛇型流场及其他流场电流分布的测定     

基于两相混合流理论PEMFC含水量特性分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中有效的水管理(尤其是两相水管理))和电池系统内部良好的水平衡是确保电池稳定运行及具有优良性能的关键因素之一。采用气液两相层流假设,使用两相混合流理论,建立了单流道常规流场质子交换膜燃料电池阳极出口端封闭的三维两相流等温数学模型,对三维空间中水的两相传递和分布特性进行分析,探讨不同湿度、不同温度下电极中液态水饱和度以及含水量的浓度变化。     

基于叉指型流场的全钒液流电池流动模拟

流量和压力是影响全钒液流电池性能的重要因素,建立了基于叉指型流场的钒氧化还原液流电池的流动模 型,并进行了不同电解液流量下的流动模拟,获得给定流场结构下电解液在碳毡电极内的分布规律.     

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。     

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。     

全钒液流电池极化损失研究

在全钒液流电池充放电性能研究基础上,采用原位电化学交流阻抗测试方法开展了全钒液流电池活化极化、欧姆极化和浓差极化的定量分析。结果表明,钒电池在较小充放电电流密度下,活化极化和欧姆极化是导致电压损失的主要原因。随着电流密度进一步增大,活化极化趋于平缓,而欧姆极化迅速增大,同时浓差极化也开始变得显著。在此基础上,针对充放电过程中的各类极化提出了系列解决方案,为高效率大功率全钒液流电池堆的开发奠定了基础。     

液流储能电池系统支路电流的建模与仿真分析

对全钒液流电池所特有的支路电流损耗进行理论分析和研究,建立支路电流等效电路模型,通过仿真计算对支路电流进行量化分析,并得出支路电流的分布规律及其对全钒液流电池外特性的影响。同时基于化学电池的经典三阶模型,通过引入受控元件的思想,提出包含支路电流损耗因素的全钒液流电池模型,并通过仿真对比分析发现,大规模全钒液流电池系统的支路电流损耗对电池系统外特性影响显著。尽可能地消减支路电流损耗,对于提高电池储能系统的效率和保障电池系统内部模块的电压一致性至关重要,尤其在电力系统领域大规模应用全钒液流储能电池时,支路电流的研究对于工程前期规划设计和系统运行的操作维护,均具有实际应用价值。     

含钒电池储能的微电网负荷优化分配

储能系统是微电网的重要组成部分,其对微电网的稳定性、经济性与安全性有着非常重要的影响。以含钒液流储能电池(vanadium redox flow battery,VRB)系统的微电网为研究对象,建立了含钒电池储能微电网多目标负荷优化分配模型。以某微电网为例,分析讨论了钒电池对微电网带来的经济效益,同时研究了运行模式、控制策略和优化目标中权重等诸多因素对微电网负荷优化分配结果的影响,验证了所建立模型的有效性。     

温度对钒电池性能的影响

利用自行组装的实验室用钒氧化还原液流单电池,考察了25～45℃范围内温度对钒电池充放电电压、库仑效率、能量效率和自放电性能的影响,并对其影响机理进行了初步研究和讨论.结果表明:随着温度的升高,钒电池的平均库仑效率从25℃时的90.7%降到了45℃的87.4%;而电池的能量效率从25℃的81.6%降到了45℃的78.8%.研究表明:温度对电池自放电性能的影响尤为明显,在25℃时,电池的开路电压保持在0.8 V以上的时间为27 h,而在45℃则只能保持16 h.     

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%/℃.     

钒氧化还原液流电池的充放电特性

采用恒流限压充放电法,研究了充放电电流密度对钒氧化还原液流电池的容量、库仑效率和能量效率的影响,同时研究了过充条件下的集流体腐蚀情况,初步建立了钒氧化还原液流电池稳定有效的充放电模式.理想的充放电电流密度为63.8 mA/cm2,对应的库仑效率是95.09%,能量效率是70.79%.充电电压上限不能超过1.75 V.     

基于钒电池储能系统的风电场并网功率控制

随着风力发电并网容量的增加,风电场功率波动对电网的影响越来越大.为提高风电场并网运行的稳定性,在其出口处增加新型环保钒氧化还原液流电池(VRB)储能系统,以有效调节并网功率.根据VRB的等效数学模型,分析了VRB荷电状态与端电压之间的变化特点,采用一级双向DC/AC变换器作为VRB储能系统的功率调节器,设计了相应的充放电控制与能量管理策略,并对具有VRB储能单元的风电场并网系统进行了建模和仿真.仿真结果表明,在风速波动的情况下,采用VRB储能系统能够快速、有效地平滑风电场输出的有功功率波动,并可为电网提供一定的无功支持,有效地改善了风电场的并网运行性能.     

VRB电解液的高锰酸钾电位滴定分析

分析钒离子的状态及浓度,可检测全钒氧化还原液流电池(VRB)的荷电状态、容量和充放电效率.采用KMnO4(NH4)2Fe(SO4)2体系为滴定剂的电位滴定法来分析钒电解液,可测定电解液中V(Ⅱ)、V(Ⅲ)、V(Ⅳ)和V(Ⅴ)的单一价态、混合价态离子浓度及电解液的总钒浓度.结果表明:测得的各价态钒及总钒的相对标准偏差(N...