September 17, 2026

第一作者：祝学炜 通讯作者：蒋浩然 通讯单位：天津大学 DOI：10.1016/j.apenergy.2026.128811 感谢天津大学蒋浩然团队（第二作者：蔡宇豪博士）校稿！ 工作简介 本研究构建了一个多物理场动态模型，用于分析电解液温度与环境温度如何通过影响钒液流电池的热物性及电化学过程，改变系统的能量损失特性；同时基于区域电网电价对系统进行了经济性评估。结果表明，极化损失始终是系统能量损失的主要来源，在10°C时占比达66%，在40°C时占比为43%；而随着电解液温度升高，第二大能量损失由10 ℃时的泵功率损失（19%），转变为40 ℃时的交叉副反应损失（26%）。此外，在连续充放电工况下，当所研究地区的年平均环境温度由5.5 ℃升高至25 ℃时，热管理、交叉副反应和分流电流造成的能量损失分别增加94.1%、9.11%和4.66%，而由电化学极化和泵功耗引起的能量损失则分别降低了11.9%和9.3%；因此，在上述因素的共同作用下，总能量损失呈现先下降0.8%、随后上升4.0%的非单调变化趋势。在每日完成一次充放电循环的4 h峰谷套利场景下，随着所研究地区的年平均环境温度由5.5 ℃升高至25 ℃，系统总能量损失下降15.2%；并且受能量损失和区域电价共同影响，能量损失所造成的经济损失占理想套利收益的比例由52.9%降至22.5%。换言之，在低温且电价差较小的哈尔滨，超过一半的理论套利收益会被系统能量损失抵消；而在高温且电价差较大的海口，因能量损失而损失的收益比例降至22.5%，系统可保留约77.5%的理论套利收益，表明其峰谷套利经济性明显更好。 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 研究背景 在气候变化日益加剧与资源日益枯竭的背景下，从化石燃料向可再生能源的转型是缓解全球能源挑战的关键策略。然而，可再生能源的间歇性和波动性在直接并网应用时会对电网稳定性构成重大威胁。因此，储能系统对于确保电力系统可靠且灵活的运行至关重要。在众多储能技术中，钒氧化还原液流电池（VRFB）凭借安全性高、循环寿命长和功率与容量可独立设计等优势，被视为最具发展潜力的储能技术之一。尽管如此，系统运行过程中不可避免的能量损失仍会制约其效率和经济性。值得注意的是，温度会同时影响电解液黏度与电导率、离子跨膜传输、反应动力学以及系统散热和热管理需求，进而改变不同能量损失的大小及其相对占比；因此，有必要在实际动态环境温度条件下系统研究VRFBs能量损失的温度依赖特性。 核心内容 1.模型验证 图1: 125 kW全钒氧化还原液流电池系统仿真结果与实验结果的对比。(a)仿真与实验电压曲线；(b)仿真与实验温度曲线；(c)仿真电压与实验电压之间的相对误差；(d)仿真温度与实验温度之间的相对误差。 研究采用125 kW/500 kWh钒氧化还原液流电池储能系统的实验数据进行验证，从仿真结果与实验结果的对比可以看出，仿真得到的电压曲线与温度曲线与实验数据高度吻合，仿真值与实验值之间的最大误差小于5%，表明所提出的模型能够同时捕捉系统的电化学响应与动态热行为，能够准确反映该储能系统的运行特性。   2.电解液温度对能量损失的影响 图2: 125 kW全钒氧化还原液流电池系统运行电流和电解液总流量分别为300 A和34 m³ h⁻¹时，在不同电解液温度（10、15、20、25、30、35和40 ℃）下的运行性能：(a)充放电电压曲线；(b)平均充放电电压；(c)平均极化电压；(d)平均充放电电流；(e)库仑效率与电压效率对比；(f)能量效率与系统效率对比。 在电流固定为300 A、总流速为34 m³ h⁻¹条件下，VRFBs在不同电解液温度下的充放电电压曲线表明，各循环的持续时间并不一致。具体而言，随着电解液温度升高，充放电时间逐渐延长，表明较高温度有利于提高电解液容量利用率。不同温度下的电压分析结果显示，随着电解液温度升高，平均充电电压下降，而平均放电电压上升。这是因为温度升高能够加快电化学反应动力学并降低欧姆电阻，从而减小活化过电势和欧姆过电势。在充放电截止电压保持不变的情况下，极化电压越大，电池在截止电压范围内所能利用的开路电压区间越小，对应的有效SOC范围也越窄。因此，VRFBs循环时间随温度变化，主要是由极化电压随温度发生变化所致。 电解液温度对分流电流的分析结果表明，随着电解液温度升高，平均充电电流上升、平均放电电流下降，说明高温会加剧分流电流。这是因为电解液电导率随温度升高而增大，使电池单元之间经由公共管路形成的分流通路更加明显。分流电流会使实际充放电电流偏离设定的运行电流，并造成额外的电荷损失。效率分析结果显示，随着电解液温度升高，VRFBs的电压效率由78.4%提高至90.1%，而库仑效率由97.9%下降至95.1%，表明高温条件下由极化造成的电压损失减小，但由分流电流和离子跨膜传输等因素造成的电荷损失增加。与此同时，能量效率和系统效率分别由76.7%提高至85.7%、由71.5%提高至82.6%。总体而言，在本研究考察的温度范围内，电压损失的降幅超过了电荷损失的增幅，因此VRFBs在较高温度下表现出更高的能量转换效率。 图3: 125 kW全钒氧化还原液流电池系统运行电流和电解液总流量分别为300 A和34 m³ h⁻¹时，在不同电解液温度（10、15、20、25、30、35和40 ℃）下的能量转换与损失特性：(a)能量转换与损失示意图；(b)充放电功率曲线；(c)平均充放电功率；(d)极化功率损失与电阻；(e)泵功率损失与电解液黏度；(f)分流电流功率损失与电解液电导率；(g)交叉副反应功率损失与离子扩散系数；(h)总功率损失；(i)各类能量损失的占比。 VRFBs中仅有部分能量能够在化学能与电能之间可逆转换，其余能量则因极化、交叉副反应、分流电流和泵功率等因素而不可逆地损失。不同电解液温度下VRFBs的充放电功率曲线及平均充放电功率研究发现，随着电解液温度升高，放电功率增加而充电功率降低，归因于充电电压的降低与放电电压的升高。不同电解液温度下VRFBs的物理化学参数及能量损失研究发现，随着电解液温度升高，能量损失的变化趋势与相应的物理化学参数变化趋势一致，表明能量损失的温度依赖性本质上是由物理化学性质的温度依赖性所驱动的。具体而言，随着电解液温度升高，由极化效应和泵送过程引起的功率损失均减小：前者源于欧姆电阻降低及反应动力学增强，后者则由电解液黏度降低所致。相比之下，分流电流损失和交叉副反应损失随温度升高而增加，前者是由于电解液电导率升高，后者则是由于钒离子的跨膜扩散加快，并由此引发更强的副反应。 此外，极化、泵耗功、分流电流和交叉副反应造成的总能量损失随电解液温度升高而整体下降，说明极化损失和泵功率损失的降幅超过了另外两类损失的增幅。从各类损失的占比来看，极化损失始终占据主导地位，但其占比由10 ℃时的66%下降至40 ℃时的43%。与此同时，第二大损失来源随温度升高发生变化：在10 ℃时，泵功率损失占比为19%；而在40 ℃时，交叉副反应损失占比增至26%，取代泵功率损失成为第二大损失来源。因此，低温运行时应重点降低极化损失和泵功率损失，而高温运行时则应重点控制极化损失和交叉副反应损失。当电解液温度由10 ℃升高至40 ℃时，极化损失和泵功率损失的占比分别下降23个和4个百分点，而交叉副反应损失和分流电流损失的占比分别上升19个和9个百分点，说明极化损失和交叉副反应损失对电解液温度变化更为敏感。   […]