江苏大学徐谦教授

2024年液流电池重点研究成果总结

（感谢徐谦教授团队校稿）

作者简介

  徐谦，江苏大学教授、博士生导师。近年来主要从事直接醇类燃料电池、非水系液流电池及电化学能源转换与存储的多尺度数值仿真方面的研究，开发了非水系电解液高效添加剂，提升了电池的能量密度；提出了多层多维梯度电极，提高了电池的功率密度与能量效率；开发了AI辅助的多尺度数值仿真模型，并实现了跨尺度界面的信息高效传递，提高了数值仿真效率与精确度。在能源动力及化工领域权威期刊Progress in Energy and Combustion Science、Chemical Engineering Journal、AIChE Journal、Renewable and Sustainable Energy Review、Applied Energy、Journal of Power Sources、Nanoscale等共发表SCI 收录论文150多篇，其中第一/通讯作者近100篇，论文最高影响因子36，共被SCI引用7000余次，H-index=39。申请发明专利30项，获授权14项，其中澳大利亚专利1项。独立撰写并出版英文学术专著1部（德国Lambert 出版社），主编国家级规划教材1部（机械工业出版社），参编教材1部。2016年入选江苏省 “六大人才高峰”人才计划，2020年、2022年获省厅级科技进步奖（均排名第一）。2021年~2024年连续入选斯坦福大学”World’s Top 2% Scientists”。2023年入选“江苏省科技副总”。担任国际期刊PROCESSES，Carbon Footprints编委会委员，是两个能源类专刊的客座主编/召集人(International Journal of Green Energy, Frontiers in Energy Research)，是多个国际国内期刊审稿人。现为中国化工学会会员，中国工程热物理学会会员，中国内燃机学会储能专委会委员，江苏省新能源汽车及零部件工程研究中心学术委员会主任。主持及完成国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金项目、江苏省自然科学基金项目及企业委托横向项目20项。本文总结了徐谦教授2024年度在液流电池领域的相关文章。

文献总结

1.一种在平面内/穿过平面方向的梯度电纺电极结构用于非水系铁钒液流电池

为了提高非水氧化还原液流电池(RFB)的性能，必须协同提高流动/传质效率和多孔电极中过电位分布的均匀性。本研究开发了静电纺丝技术，提出了一种新型多孔电极，并将其应用于深度共晶溶剂(DES)电解液基铁钒RFB。一方面，新的面内梯度设计改变了膜附近电极活性物质的分布，从而降低了极化损耗。另一方面，从流场侧到膜侧的电极孔隙率的增加实现了电荷转移和电解液流动阻力之间的平衡。实验结果表明，与石墨毡电极相比，在电流密度为10mA cm^-2时，三维梯度电极的能量效率提高了74.2%。此外，数值模拟揭示了三维梯度多孔电极的反应传递行为。结果表明，提出的三维梯度设计可以提高过电位分布的均匀性，实现极化电阻的降低，从而有效地改善了DES电解液基铁钒RFB的性能。

2.基于分形流场改善非水系氧化还原液流电池性能的数值模拟与实验研究 （点击论文名称查看全文赏析）

非水系氧化还原液流电池（RFB）的流场设计决定了多孔电极内电解质的流动和活性物质的传质，对RFB的运行有重要影响。在本工作中，提出了一种分形的树状流场设计用于深共熔溶剂（DES）电解液基铁钒RFB。分形树状流场能增强电解液对流，优化石墨毡电极内部活性物质的浓度分布，从而提高电池的整体性能。采用有限元模拟方法，建立了单电池的三维数值模型，对比研究了分形流场和蛇形流场条件下DES电解液基钒铁RFB的稳态放电过程。此外，通过组装该RFB的单电池，建立全电池测试系统，研究对比不同分形维数的分形流场与蛇形流场下RFB的输出电压和功率。数值计算结果表明，与传统的蛇形流场相比，分形流场可以提高RFB的放电功率，降低泵送损失。这主要是由于分形流场有利于减少极化损耗的同时加强多孔电极内部的对流。此外，数值研究结果还表明分形维数越大，泵送损失越小，输出电压越高。实验结果表明，与蛇形流场相比，分形流场可以提高RFB的输出电压和最大放电功率。本研究为DES电解液基钒铁RFB的流场设计提供了一种优化方法，并有望应用于其他非水系RFB。