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【论文赏析】南科大-赵天寿院士:全钒液流电池的热问题
来源: | 作者:之升新能源 | 发布时间: 2023-10-14 | 288 次浏览 | 分享到:
【论文赏析】南科大-赵天寿院士:全钒液流电池的热问题

文章亮点

1. 阐述了钒液流电池的产热和传热机理

2. 分析了温度对电化学反应和关键组件的物理化学性质的影响

3. 总结了钒液流电池的热模型

4. 对比了钒液流电池的不同热管理方法

5. 展望了钒液流电池热问题未来的研究方向


Graphics

图1. 钒液流电池的(a)示意图和(b)热问题

图2 钒液流电池系统的产热和传热示意图


总结与展望

钒液流电池是可再生能源储能领域的最具前景的技术之一。然而,钒液流电池在复杂的运行条件和气候环境下运行时的会产生复杂的热行为。这将显著影响电池的效率和稳定性。因此,理解钒液流电池的热行为是非常关键的。本文系统的回顾了钒液流电池系统的热问题,包括:产热和传热,热影响,热模型,和热管理。其中产热包括电化学产热,过电位产热,离子交叉产热,漏电流产热,水力摩擦产热。在运行过程中,电化学产热和过电位产热占最大比例。传热主要包括热对流和热传导。传热和产热同时决定液流电池温度。温度影响电化学反应的热力学和动力学,也影响电解液和膜的物理化学性质。高温加速电化学动力学,减小电解液粘度,加快氢离子的跨膜传输,提高V2+, V3+, 和VO2+的溶解度。另一方面,高温会降低开路电压,加速钒离子交叉扩散,加速析氢副反应, 促进V2O5沉淀的形成。因此钒液流电池的温度应该用准确的热模型预测并且用热管理系统控制。采用钛管换热器将电解液的温度控制在10∼40 °C ,能够使电池具有高效率。若副反应,良好的电解液稳定性,和低强度的离子交叉。基于以上的回顾和讨论,表明更多的研究应该被用于使电池在高温下高效率和稳定的运行。因为升温能够剧烈的降低过电位,进一步提高电池效率。然而如增强的离子交叉, 增强的水迁移,加速的析氢,和强化的V2O5沉淀也需要去被解决,从而确保在高温下的高效率和稳定性。总而言之,未来的研究应该朝向:1) 探索有效的添加剂来阻止VO2+变成沉淀,并且阻止V2+, V3+, 和VO2+在极低温度低下变成结晶。2) 提出策略去阻止高温下的副反应; 3) 制造高性能的膜去降低高温下的离子交叉和水迁移,同时维持告的载离子电导率; 4) 设计出更高效的热管理系统去精准的见液流电池运行温度控制在合理范围内。


原文信息

Thermal issues of vanadium redox flow batteries

Jiayou Ren, Yiju Li, Zhenyu Wang, Jing Sun, Qianli Yue, Xinzhuang Fan, Tianshou Zhao

https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123818