第一作者：柴宇惟
通讯作者：曲大为
通讯单位：吉林大学
【成果简介】
流场优化是提高钒液流电池 (VRFB) 性能的重要途径，其重点是改善电解质均匀分布，同时最大限度地减少泵损。在该研究中，通过在VRFB中引入不同的流型，提出了一种不同于广泛使用的蛇形流场和叉指流场的新型双螺旋流道设计。通过调整新流道上的进出口位置，可以实现两个流场，即进口在中心的双螺旋流场 (DSFF(IC)) 和出口在中心的双螺旋流场(DSFF(OC))。为了评估新流道下VRFB的性能，与其他流道进行了比较，包括蛇形、叉指和单螺旋流道。将不同流道的双极板组装成VRFB单电池，并进行容量测试、循环测试、压降测试。此外，建立了具有不同流道的VRFB可视化模型。研究结果表明，带有DSFF(IC)和DSFF(OC)的VRFB具有优越的性能。与蛇形流道相比，当流量设为100 mL min-1时，新流道压降降低了33%。此外，充放电测试表明，在双螺旋流场下，VRFB具有较高的放电电压，提高了系统效率。仿真结果表明，DSFF (OC) 增强了电极内电解质的对流质量传递，提高了电极中活性物质的浓度和均匀性。阻抗谱和极化曲线测试表明，DSFF(OC)比DSFF(IC) 具有更低的电荷传递电阻和传质电阻。在相同电势下，DSFF(OC)表现出更高的放电电流密度，峰值功率密度为321.5 mW cm–2，比DSFF(IC)高13.8%。
【研究背景】
太阳能、风能及其他可再生能源是解决当前能源危机的关键。然而，这些能源产生的电能极易受到环境影响，导致电能输出具有显著波动和不稳定性，破坏电网的质量和可靠性。引入储能系统可有效地解决这些问题。液流电池 (RFB) 被认为是一种很有前途的储能技术。它具有容量和功率的独立可扩展性、高安全性、高效率、低运营成本和可回收利用等优点。其中，钒液流电池 (VRFB) 以不同氧化态的钒作为正负极的电解液，在其他液流电池中脱颖而出。这种设计有效地缓解了交叉污染问题，并显著延长了电池的循环寿命。因此，VRFB得到了很大的认可，并成为广泛研究的课题。
VRFB已经成功商业化，但它仍有巨大的性能提升潜力。为了实现VRFB的更广泛应用，必须注重降低材料成本和运营成本。在以前的研究中，已经做了大量的工作来提高VRFB的性能。一方面，对VRFB的内部组件进行了改进，主要目的是通过减小内阻和电荷转移电阻来提高充放电性能。另一方面，在VRFB的流动传质方面进行了改进，专门针对降低传质阻力和流动损失来优化VRFB整体性能。其中，流量和传质对VRFB性能的影响是多方面的。首先，VRFB中的电解液必须通过泵来驱动，泵损会使系统效率降低5%以上。其次，电解质在电极内的分布受到传质的影响。当电解液中活性物质的传质恶化时，电极处会产生过多的过电位，导致电池的功率密度下降。为了减少泵损和过电位，必须优化VRFB中的流量和传质。在各种优化方法中，VRFB内部流道的合理设计可以满足这些要求。优化VRFB内部流道可以保证电极内电解质流动均匀，提高电极中活性物质的浓度，降低浓差过电位，提高电解液利用率和电池输出功率。此外，还可以降低电解液通过VRFB电池或电堆时的压降，降低泵损，提高系统效率。事实上，在提高电池性能的同时，最小化压降是流道设计的一个关键方面。
为了方便研究，通常采用计算流体力学 (CFD) 方法建立多物理场耦合模型。数值模拟为不同的操作参数和几何结构提供了灵活性，允许对局部流动和传质特性进行分析和优化。然而，VRFB中流道的实验验证相对较少。实验验证可以可靠地评估电池内部的流动和传质现象，使其成为制造前评估电池可行性的重要手段。因此，在该研究中，采用了实验与数值模拟相结合的方法来研究VRFB中的流动和传质现象以及流场设计。对之前提出的螺旋流道进行了改进，通过调整进、出口的数量和位置，形成了多个螺旋流场。随后，对不同流场的VRFB进行充放电试验、极化曲线分析、电化学阻抗分析和泵功率测试。此外，利用数值模拟可视化了电极内的流动和传质变量，从而深入了解了基于流动和传质机制的不同VRFB之间的性能差异。并对不同流场的VRFB进行多次充放电循环试验，比较其效率，确定性能最优的VRFB流场。
【实验】
Ø实验装置
实验中使用的单体钒电池由武汉之升新能源有限公司提供，如图1(b)所示。它由Nafion 117质子交换膜组装而成。处理过程包括四个步骤: (1) 在3.0% H2O2中加热，(2) 在去离子水中加热，(3) 在0.5 M H2SO4中加热，(4) 在去离子水中再次加热以去除多余的酸。每一步温度保持在80oC。电极材料为石墨毡，尺寸为50mm×50mm×5mm。石墨毡先在500℃ 空气中预处理5 h，提高表面亲水性和活性，然后用作电极。电极框的厚度为4 mm，可将石墨毡的压缩比为20%。所使用的双极板是具有可更换流道的石墨板，两个集流板是镀金铜板。端板是铝制的。储液罐内电解液体积为50 mL，电解液由1.6 M 的V3.5+和4.2 M硫酸。在电解过程中，正极得到VO2+，负极产生等量V3+。电解液通过蠕动泵在系统中循环，流量范围为1 ~ 237 mLmin-1，精度为0.01 mLmin-1。为了避免空气的吸入，使用氮气将装有电解质的瓶子保持在相对于环境的轻微超压中。保证气密性良好后，可进行实验操作。在进行该研究的实验之前，将电解液泵送到电池并循环20分钟，以确保电极充分润湿并去除管道中任何多余的气泡。
图1 钒电池实验照片：(a)实验装置，(b)恒温室内部布置，(c)流道。
Ø流场类型
根据几何形状，石墨板上的流场可分为四种类型 (图1(c)): 蛇形流场、叉指流场、单螺旋流场和双螺旋流场，其中双螺旋流场是原螺旋流场的改进版本。由于单螺旋流场和双螺旋流场的进出口位置是几何不对称的，因此流场可根据不同的流型划分为六种类: (a) 蛇形流场(SFF)，(b) 叉指流场(IFF)，(c) 以出口为中心的单螺旋流场(SSFF(OC))，(d) 以进口为中心的单螺旋流场(SSFF(IC))，(e) 以出口为中心的双螺旋流场(DSFF(OC))，(f) 以进口为中心的双螺旋流场(DSFF(IC))。石墨板上的流场面积为 5×5 cm2。为了保持流场面积一致，保证流道的合理布置，适当减少了IFF内的流道数量。先前的研究表明，减少IFF流道的数量可以改善充放电性能。对于所有流道，宽度和深度设置为 2mm，两个通道之间的距离相应调整。电解质在流道中的流动模式如图2(a) – (f)所示。
Ø电池性能测试
为了获得不同电流密度下电池的充放电容量，采用湖北兰博新能源设备有限公司的BT-2018D充放电测试系统对充放电策略进行控制。首先，电池完全放电。然后，一旦充电电压超过1.7 V，对电池进行恒流充电，然后在1.7 V下进行恒压充电，直到电流降至4 mA cm–2以下，充电完成。随后将电池静置3分钟，恒流放电，直至放电电压低于0.8 V。电解液流量设定为100 mL min-1，充放电电流密度分别为50 mA cm–2和150 mA cm–2。充放电测试系统每3秒记录一次数据。充放电实验在恒温箱进行，如图1(a)所示，温度为298.15 K。
图2 流场结构示意图：(a) SFF，(b) IFF，(c) SSFF(OC)，(d) SSFF(IC)，(e) DSFF(OC)，(f) DSFF(IC))
Ø计算设置
在之前的实验中，VRFB之间的差异仅归因于其流道的差异，而其他成分保持不变。因此，VRFB的性能完全取决于流道控制的流动和传质。利用实验方法可视化VRFB电极内部的流动和浓度场具有挑战性，而数值模拟方法可以弥补实验技术的局限性。因此，采用数值模拟的方法分析了不同流道VRFB电极内活性物质种类的流量分布和浓度分布。该分析为解释不同流道VRFB的性能差异提供了理论支持。
【结果与讨论】
Ø充放电过程性能分析
如图3所示，随着电流密度的增大，充电起始电压增大，放电起始电压减小。因为较高的电流密度增加了电池的欧姆损耗和电化学过电位。在图3(a)中可观察到，在电流密度为50 mA cm–2时，在充放电结束时观察到的电压快速升高归因于两个半电池中平衡电位的能斯特行为的综合作用。而在图3(b)中，在充电阶段没有出现这一过程，说明在150 mA cm–2 充电期间，直到截止电压为1.7 V，浓差极化不是影响电化学反应速率的主要因素。与充电过程相反，所有VRFB在放电结束时都表现出 50 mA cm–2 和150 mA cm–2 的急剧电压下降。电压下降表明，在这个阶段，由于活性物质的相对消耗，对过电位的需求更高，以维持电化学反应。电流密度越高，所需的活性物质数量就越多。浓差过电位在前期成为影响过电位的主要因素。
图3 (a) 50 mA cm–2下的充电曲线，(b) 150 mA cm–2下的充电曲线，(c) 50 mA cm–2下的放电曲线，(d) 150 mA cm–2下的放电曲线。
如图3(a)和(c)所示，在所有电池中，IFF电池的充电电压最高，放电电压最低。当电流密度为 50 mA cm–2 时，其他流道电池的充放电曲线几乎重合，说明由于IFF的影响，电极内部的活性物质浓度相对较低。以放电过程为例，活性物质为 和V2+，较低的浓度导致电池的开路电压 (OCV) 降低，导致放电电压低于其他流道VRFB。如图3(b)和(d)所示，当电流密度增加到150 mA cm–2 时，不同VRFB充放电曲线的差异变得更加明显。放电电压由高到低依次为DSFF(OC) DSFF (IC) SSFF (OC) SFF SSFF (IC)。因为随着电流密度的增加，电极表面的电化学反应加速，需要更多的电极内的活性物质。活性物质在电极中的传质速率越高，浓度越高，OCV越高，导致浓差极化发生在放电过程的后期。从这个角度来看，DSFF(OC)和DSFF(IC)的设计在充放电特性上表现出更好的性能，因为双螺旋流场配置可以提高电极中活性物质的浓度，提高VRFB在放电过程中的OCV。
液流电池的效率不仅受充放电电压的影响，同时受泵功率的影响。电池中不同的流道结构导致引起不同的泵功率损失。图4为不同流道电池的压降随流量的变化情况。在测试流量范围内，各VRFB的压降均随流量的增加呈线性增加趋势。其中，在相同流量下，SFF、SSFF(OC)和SSFF(IC)的压降相似。此外，IFF的压降小于SFF。因为IFF内压降主要受主流道影响，分支流道内压降较小。IFF的主流道长度比SFF短得多，导致从进口到出口的流动距离更短，从而减小了压降。DSFF(OC)和DSFF(IC)有两个入口和两个出口。虽然它们的通道长度比IFF中的主通道长，但入口和出口的分流导致两种双螺旋流场的压降最小。
图4 不同流场下不同流量下VRFB的压降。
Ø数值仿真分析
建立的三维多物场耦合模型对六种不同流场的VRFB进行了模拟。模型的几何计算域如图5所示。模拟了初始荷电状态 (SOC)为 0.5、放电电流密度为150 mA cm–2、电解液流量为100 mL min-1 时的放电过程。
图5 模型的几何计算域：(a) SFF (b) IFF (c) SSFF (d) DSFF。
如图6(a)所示，模型计算的VRFB中不同流道配置的压降差异与实验结果观察到的趋势基本一致。因此，该模型可用于比较VRFB中不同流道设计引起的压降变化。实验数据与模拟数据的主要不同之处在于，压降的实验测量不仅包括单电池，还包括管道和连接部件。相比之下，该模型只考虑单电池本身的压降。因此，实验值大于模拟值。此外，图6(b)对比了不同流场下VRFB的实验和模拟放电电压。结果表明，模拟放电电压与实验放电电压具有较好的一致性。放电电压由高到低的顺序为: DSFF(OC) > DSFF(IC) > SSFF(OC) > SFF > SSFF(IC) > IFF。因此，该模型能够模拟不同流场下VRFB的流量。以IFF电池为例，实验值与模拟值的平均偏差为2.32%，最大偏差为3.275%。偏差的来源可能是由于模型忽略了不同元件之间的接触电阻，导致计算的放电电压与实验值相比微高。
图6 不同流场VRFB压降和放电电压的实验与仿真比较。
图7(a) – (f) 给出了VRFB系统中电极内部的流线和各流道的压力分布。很明显，所有电极内的流动方向都是从高压侧流向低压侧。此外，图7(g)显示流道内的平均电解质速度超过电极内的平均电解质速度一个数量级，表明主要的电解质流动发生在流道内。电极内部的速度显著影响对流传质效果，如图7(g)所示，其中IFF电极的速度最低。因此，IFF-VRFB电极内的传质相对缓慢，导致IFF-VRFB在所有电池中具有最低的放电电压。
图7 (a) – (f)不同流场VRFB的流线分布，(g)平均电解质速度。
不同流场VRFB电极中间层的速度分布如图8所示。结果表明，SFF在相邻的流道之间表现出较大的速度梯度，导致电极内电解质流量出现暗条纹和亮条纹交替。与中间部分相比，电极两侧的速度更高。虽然流场中流量较高，但分布并不均匀。在IFF的情况下，与SFF相比，多个进口和出口分支的存在导致电极内电解质流动速度较低。
图8 不同流场电极内的速度分布 (电解液流量为100 mL min-1)。
图9为VRFB中不同流道电极内的浓度分布。从图中可知，在SFF中，越靠近出口，浓度越低。相邻流道之间存在显著的浓度梯度，导致在电极内分布不均匀。在IFF中，电极内较低的速度阻碍了 在中心区域的及时补充，导致电极内浓度梯度较大。在IFF中尤为明显，使其成为所有流场中最不均匀的流场。因此，这导致在叉指VRFB中较低的平衡电位和较高的浓差过电位。
图9 VRFB的不同电极内的浓度分布。
图10显示了电极内的平均浓度和电极内不同钒离子的均匀系数。从图10(a)可以看出，DSFF(OC)电极内的平均浓度最高，IFF最低。由图10(b)可以看出，不同流场的均匀性因子顺序如下: DSFF (OC) > DSFF(IC) > SSFF(OC) > SFF > SSFF(IC) > IFF。这些结果与相应的放电电压顺序一致，表明DSFF(OC)促进了电极内活性物质的分布更均匀，确保了更高的浓度，增强了平衡电位，同时降低了浓差过电位。因此，DSFF(OC)-VRFB表现出更高的放电电压。
图10 (a) VRFB中不同流道电极内钒离子的平均浓度, (b)均匀系数。
Ø循环性能分析
图11(a)– (c)描绘了VRFB在不同电流密度下的效率曲线，每个电流密度循环重复5次。从图11(a)可以看出，6种流场VRFB的库仑效率都在95% ~ 97%之间。此外，库仑效率随电流密度的增加而增加。这归因于更高的电流密度导致电池达到充放电截止电压的持续时间更短，从而减少了充放电过程中的钒离子交叉污染。
如图11(b)所示，所有VRFB的电压效率都随着电流密度的增加而降低。此外，随着电流密度的增大，不同流道电池之间的电压效率差异也越来越突出。电压效率由高到低的排序如下：DSFF(OC) > DSFF(IC) > SSFF(OC) > SFF > SSFF(IC) > IFF。其中，IFF-VRFB的电压效率最低，随着电流密度的增加，其电压效率下降的速度更快。这归因于IFF内活性物质的传输速率较慢，导致电极内活性物质的浓度较低。因此，在充放电过程中会产生更高的过电位，在充放电过程中会更早地发生浓差极化。但由于IFF-VRFB到达充放电截止电压较早，因此IFF-VRFB的工作时间较短。这减少了正负极电解质之间交叉污染的频率，从而使其库仑效率在所有电池中最高，如图11(a)所示。对于双螺旋流场(DSFF(IC)和DSFF(OC))的VRFB，其电压效率高于其他流场VRFB。这归因于电极内活性物质的传质速率的提高，以及精心设计的流场结构的促进作用。因此，这些VRFB在工作过程中表现出较低的充电电压和较高的放电电压，减少了电极内的浓差极化。
如图11(c)所示，在任意给定电流密度下，不同电池的能量效率与电压效率均遵循相同的模式。这表明电压效率决定着能量效率。由于实验中所有VRFB的库仑效率都大于95%，且它们之间的差异很小，因此电压效率在决定能量效率方面起着重要作用。虽然IFF-VRFB在所有VRFB中具有最高的库仑效率，但由于其电压效率较弱，其能量效率较低。另一方面，DSFF(OC)-VRFB表现出最高的电压效率，从而产生最高的能量效率。
图11(d)显示了不同电池的电解液利用率。在相同电流密度下，电解液利用率随着电池循环次数的增加而降低。这种下降归因于电池之间的交叉污染现象。同时，电解液利用率随电流密度的增加而降低。由于随着电流密度的增加，电池内电极反应的过电位相应增加。在相同的截止电压条件下，在较高电流密度下工作的VRFB更容易过早终止充放电循环，导致电池的实际放电容量降低。对比相同条件下不同流道电池的电解液利用率，可知IFF和SSFF(IC)电池对电流密度的变化尤为敏感。这些电池在更高的电流密度下经历更明显的传质限制，导致在相同的截止电压下浓差过电位增加和可用容量减少。表明DSFF(OC)电池不仅具有出色的充放电性能，而且具有最高的电解质利用率。对比在图11(b)和(c)中变得明显，其中DSFF(IC)电池与SSFF(OC)电池相比表现出更高的电压和能量效率。然而，从图11(d)可知，DSFF(IC)电池的电解质利用率低于SSFF(OC)电池。从综合的角度来看，DSFF(IC)中电解质利用率的降低在一定程度上抵消了更高能量效率的优势，而DSFF(OC)没有这种情况。
图11 (a)库仑效率, (b)电压效率, (c)能量效率, (d)电解液利用率。
Ø极化曲线性能分析
以上分析主要针对六种流场VRFB在充放电特性和传质方面的性能进行分析。这两种新设计的双螺旋流场电池在各种性能指标上都有了改进，包括电压效率、能量效率、系统效率、电压降损失和电极内活性物质的均匀分布。为了定性分析两种双螺旋流场设计的差异，进行了进一步的比较。首先，对两个双螺旋流场VRFB进行了极化曲线测试。图12(a)显示了电池SOC与OCV的关系，其中SOC为 0.5时，OCV为1.41 V。如图12(b)所示，在相同电流密度下，DSFF(OC)表现出更高的放电电压和功率密度。在低电流密度区域，两种电池的放电电压没有显著差异，说明它们的活化损失相似。然而，随着电流密度的增加，DSFF(OC)和DSFF(IC)的放电电压差异变得更加明显。极化曲线的斜率反映了电池的极化电阻。图中表明，DSFF(OC)极化曲线的斜率小于DSFF(IC)电池，说明DSFF(OC)-VRFB的极化电阻更低，导致过电位更低。此外，DSFF(OC)-VRFB在电流密度为 450 mA cm–2 时达到峰值功率密度 321.5 mW cm–2，而DSFF(IC)-VRFB在电流密度为 380 mA cm–2 时达到峰值功率密度282.3 mW cm–2。DSFF(OC)-VRFB的峰值功率密度比DSFF(IC)-VRFB高13.8%。
图12 (a)电池SOC与OCV的关系, (b)双螺旋流场电池的极化曲线与功率密度。
Ø采用预制流道的VRFB的EIS分析
对于VRFB来说，EIS是评价其化学性能和动态特性的重要方法。它可以测量电极的界面特性，并提供不同极化的定性评价。一般来说，EIS反映了电池的三个主要组成部分: 欧姆电阻、电荷传递电阻和传质电阻。欧姆电阻包括电极材料、膜、电解质和接触电阻，是电池内部导电系统的电阻。电荷转移电阻主要由电极表面的反应动力学过程决定，反映了电极表面的反应速率。由于高频交流信号可以有效地揭示表面动力学的性能，因此采用EIS的中高频区域来表征电荷转移。传质阻力通常是由电极表面的材料传递过程引起的，主要受对流、扩散和迁移的影响。EIS的低频部分通常用来描述传质，因为低频交流信号可以更有效地穿透电极表面的电化学层，揭示电极表面的扩散和输运特性。在实验研究中获得的EIS数据使用Zview软件进行拟合和分析。
分别在10 mL min-1、25 mL min-1和50 mL min-1的流量下，对DSFF(OC)和DSFF(IC)两个流道进行了EIS实验。等效电路拟合的Nyquist图如图13所示。可以观察到，与电极反应动力学有关的高频半圆在不同流量下重叠。由于选择的电极和电解质保持不变，改变流量不会影响电荷转移过程。然而，当改变流量时，在阻抗谱的低频区域观察到变化，表明低频部分可以用来描述电极内的传质。随着流量的增加，反应阻力有一个边际的减小。值得注意的是，在相同流量下，DSFF(OC)在VRFB中的反应阻力比DSFF(IC) 低。此外，传质阻力随着流量的增加而逐渐降低。这种趋势与图13所示的低频半圆半径的变化相对应。此外，在相同流量下，DSFF(OC)-VRFB比DSFF(IC)-VRFB表现出更低的传质阻力，表明DSFF(OC)在VRFB电极内的传质效率更高。DSFF(OC)-VRFB较低的反应阻力和传质阻力再次肯定了其优异的充放电性能。
图13 25℃时不同流量下双螺旋流道的EIS: (a) DSFF(OC), (b) DSFF(IC)。
图14 25℃时的EIS： (a) 全电池的EIS， (b) 负半电池的EIS，(c) 正半电池的EIS。
以50 mL min-1为例，DSFF(OC)和DSFF(IC)的Nyquist图如图14所示。实验环境温度为25℃。图14 (a)-(c)分别为全池、负半电池和正半电池的EIS光谱。从图中可以看出，两种电池的高频半圆都是从x轴上的同一点开始的。因为实验中使用了相同的电极、电解质和质子交换膜，导致这两种双螺旋电池的内阻相同。此外，DSFF(OC)的高、低频弧半径比DSFF(IC)的小。因此，相对于DSFF(IC)， DSFF(OC)降低了电池的电荷传递阻力和传质阻力。如图14(a)所示，在全电池中，同一流道的高频弧和低频弧半径没有显著差异，说明全电池的电化学反应过程中存在电荷传递和传质混合控制。在图14(b)中，在负半电池中，高频电弧的半径远大于低频电弧的半径，说明电荷转移电阻主导了负极电化学反应。图14(c)中，正半电池中高频弧半径远小于低频弧半径，说明正极处电极反应主要受传质影响。此外，在相同流量下，流道结构对电荷传递阻力和传质阻力都有影响。DSFF(OC)的电荷传递电阻和传质电阻均小于DSFF(IC)，说明DSFF(OC)不仅促进了电极表面的电化学反应，而且在促进传质方面具有轻微的优势。
【结论】
为了提高VRFB的性能和效率，提出了一种新型的双螺旋流场。首先，采用实验方法比较了DSFF(OC)、DSFF(IC)、SFF、IFF、SSFF(OC)、SSFF(IC)等不同流场，评估了它们对VRFB充放电性能和压降的影响。实验结果表明，DSFF(OC)和DSFF(IC)表现出最优异的性能。为了从理论上分析和解释不同流场VRFB的实验性能差异，建立了三维多场耦合模型。利用验证的模型对相同实验条件下的放电电压和压降进行了仿真，仿真结果与实验结果一致。此外，从不同流场下电解液中钒离子的速度分布、浓度分布和均匀性等角度分析了流动和传质的影响，为DSFF(OC)-VRFB的优越性能提供了更全面的解释。此外，测试了六个VRFB的循环充放电性能。特殊的充放电性能使DSFF (OC)-VRFB在循环充放电过程中具有最高的电池效率和电解质利用率。最后，为了定性分析两种DSFF–VRFB的差异，采用电化学方法比较了两种VRFB的极化曲线和EIS。通过比较不同类型的电阻，进一步阐明了DSFF(OC)优于DSFF(IC)的原因。整个研究的结论如下:
1.与其他VRFB相比，具有两个新型的双螺旋流道的VRFB具有更好的充放电性能和更低的电压降。其中，DSFF(OC)-VRFB的放电电压最高，DSFF(IC)-VRFB的压降最低。在考虑泵功率损失的情况下，DSFF(OC)-VRFB的系统效率达到最大值83.12%。
2.通过建模分析，两个双螺旋流道增强了电极内电解质的对流传质，使得在电极内的浓度更高，均匀性得到改善。因此，降低了电池的浓差极化。在充放电循环测试中，与蛇形、叉指和单螺旋流道电池相比，双螺旋流道使VRFB表现出更高的电压效率和能量效率。
3.在两种双螺旋流场对比中，DSFF (OC)-VRFB表现出较低的电荷传递阻力和传质阻力。在相同电势下，DSFF(OC)-VRFB的放电电流密度更高，峰值功率密度比DSFF(IC)-VRFB高13.8%。