Metodi per migliorare le prestazioni a bassa temperatura delle batterie a flusso

Metodi per migliorare le prestazioni a bassa temperatura delle batterie a flusso

L'efficienza delle batterie a flusso liquido sarà significativamente ridotta alle basse temperature e gli ioni di vanadio bivalenti precipiteranno negli elettroliti di vanadio a basse temperature, compromettendo gravemente le prestazioni e la durata della batteria. I principali fattori che causano scarse prestazioni delle batterie a flusso liquido alle basse temperature sono:

1. A basse temperature, la viscosità dell'elettrolita aumenta, con conseguente riduzione della conduttività;

2. A basse temperature, l'impedenza di trasferimento di carica sull'interfaccia elettrodo/diaframma aumenta;
A basse temperature, la velocità di migrazione delle sostanze attive nell'elettrolita diminuisce e la polarizzazione dell'elettrodo aumenta.
Metodi efficaci per migliorare le prestazioni a bassa temperatura delle batterie a flusso sono proposti principalmente dagli aspetti di elettrodi, elettroliti e parametri operativi.

1. Elettrodi

Essendo il sito di reazione delle sostanze attive, l'attività, la conduttività, la comprimibilità, la porosità, la permeabilità dell'elettrodo e altri parametri prestazionali sono direttamente correlati alle prestazioni della batteria. Tra questi, l’attività dell’elettrodo è influenzata in modo più significativo dalla temperatura. Nelle batterie a flusso di vanadio, la scarsa attività dell'elettrodo negativo è il principale fattore che limita l'ulteriore miglioramento delle prestazioni delle batterie a flusso di vanadio. Attualmente, la maggior parte degli elettrodi delle batterie a flusso utilizza feltro di grafite come elettrodi. Il feltro di grafite è un materiale poroso.

Come elettrodo, può aumentare la superficie specifica dell'elettrodo e può essere utilizzato anche come strato di diffusione. Il comune feltro di grafite ha una scarsa attività degli elettrodi. Anche dopo il trattamento ad alta temperatura, l'attività dell'elettrodo non può essere esercitata correttamente. Allo stato attuale, il principale lavoro di ricerca si concentra sulla modifica e sulla modifica degli elettrodi, in particolare è necessario migliorare l'attività dell'elettrodo negativo.

Il modo principale per migliorare l'attività elettrochimica dei materiali degli elettrodi negativi a basse temperature è modificare gli elettrodi. Gli elettrodi vengono modificati con catalizzatori (come nanofili TiN, TiC, MnO2, OTiB2, TixOy) e l'attività degli elettrodi viene migliorata mediante rivestimento superficiale e deposizione sugli elettrodi, che riduce la polarizzazione elettrochimica della batteria e le reazioni laterali della batteria. batteria al termine della carica e scarica.

2. Elettrolita

Come luogo di stoccaggio delle sostanze attive nelle batterie a flusso, l'elettrolita è l'unità di capacità delle batterie a flusso. La conduttività dell'elettrolita aumenta all'aumentare della temperatura e la viscosità diminuisce all'aumentare della temperatura. Le prestazioni complessive della batteria possono essere ottimizzate aumentando lo stato di valenza globale dell'elettrolita e aumentando il volume dell'elettrolita dell'elettrodo negativo. Osserva l'influenza dello stato dell'elettrolita dell'elettrodo negativo della batteria a flusso sulle prestazioni della batteria.

Per gli elettroliti della batteria al vanadio, l'elettrolita dell'elettrodo negativo è facile da precipitare a basse temperature, la stabilità dell'elettrolita dell'elettrodo negativo è scarsa a basse temperature e la viscosità aumenta e la conduttività diminuisce. Allo stato attuale, i modi principali per migliorare le prestazioni a bassa temperatura attraverso gli elettroliti sono:

1) Ottimizzazione della composizione del solvente, ottimizzando il rapporto di concentrazione di acido solforico-ioni vanadio, per migliorare la stabilità dell'elettrolita dell'elettrodo negativo alle basse temperature;
2) Sviluppo di elettroliti acidi misti, come gli elettroliti di vanadio del sistema acido cloridrico-acido solforico.
3) Gli additivi, come sali inorganici, acidi organici, ecc., attraverso gli additivi, distruggono il meccanismo di precipitazione/precipitazione per aumentare la barriera precipitazione/precipitazione.

3. Parametri operativi
I parametri operativi delle batterie a flusso includono principalmente la modalità di carica e scarica, la portata dell'elettrolita, la temperatura, il SOC, ecc. Le prestazioni delle batterie a flusso possono essere migliorate regolando e ottimizzando i parametri operativi. Ad esempio, al termine della carica e della scarica, la portata dell'elettrolito viene aumentata per aumentare la capacità della batteria e l'utilizzo dell'elettrolito.

I principali modi per migliorare le prestazioni delle batterie a flusso a basse temperature ottimizzando i parametri di funzionamento sono:

1) Aumentare la portata dell'elettrolita, aumentare attivamente la diffusione dell'elettrolita, ridurre la polarizzazione della concentrazione dell'elettrolita sull'elettrodo, ridurre l'impedenza di diffusione e migliorare le prestazioni della batteria a flusso;

2) Controllare il SOC e far funzionare la batteria a flusso a un SOC il più basso possibile. A basse temperature, la stabilità dell'elettrolita dell'elettrodo negativo si deteriora. Riducendo la concentrazione degli ioni vanadio bivalente sull'elettrodo negativo, si riduce il rischio di precipitazione degli ioni vanadio bivalente;

3) Ridurre la densità di carica e scarica (potenza). A basse temperature, le prestazioni elettrochimiche diminuiscono e c'è il rischio che la batteria a flusso di liquido non possa funzionare normalmente in condizioni di alta densità. Controllando la modalità di carica e scarica, la carica e la scarica ad alta potenza (densità) non vengono eseguite a basse temperature. Dopo aver funzionato per un periodo di tempo, il calore generato viene utilizzato per aumentare la temperatura prima della ricarica e dello scaricamento ad alta potenza.