Metode de îmbunătățire a performanței la temperaturi scăzute a bateriilor cu flux

Metode de îmbunătățire a performanței la temperaturi scăzute a bateriilor cu flux

Eficiența bateriilor cu flux lichid va fi redusă semnificativ la temperaturi scăzute, iar ionii de vanadiu divalenți vor precipita în electroliții de vanadiu la temperaturi scăzute, afectând grav performanța și durata de viață a bateriei. Principalii factori care cauzează performanța slabă a bateriilor cu flux de lichid la temperaturi scăzute sunt:

1. La temperaturi scăzute, vâscozitatea electrolitului crește, rezultând o conductivitate redusă;

2. La temperaturi scăzute, impedanța de transfer de sarcină la interfața electrod/diafragmă crește;
La temperaturi scăzute, rata de migrare a substanțelor active în electrolit scade, iar polarizarea electrodului crește.
Metode eficiente de îmbunătățire a performanței la temperatură joasă a bateriilor cu flux sunt propuse în principal din aspectele electrozilor, electroliților și parametrilor de funcționare.

1. Electrozi

Ca loc de reacție al substanțelor active, activitatea electrodului, conductivitatea, compresibilitatea, porozitatea, permeabilitatea și alți parametri de performanță sunt direct legați de performanța stivei de baterii. Dintre acestea, activitatea electrodului este cel mai semnificativ afectată de temperatură. În bateriile cu flux de vanadiu, activitatea slabă a electrodului negativ este principalul factor care limitează îmbunătățirea în continuare a performanței bateriilor cu flux de vanadiu. În prezent, majoritatea electrozilor de baterie de flux folosesc pâslă de grafit ca electrozi. Pâsla de grafit este un material poros.

Ca electrod, poate crește suprafața specifică a electrodului și poate fi folosit și ca strat de difuzie. Pâsla de grafit obișnuită are o activitate slabă a electrodului. Chiar și după tratamentul la temperatură ridicată, activitatea electrodului nu poate fi bine exercitată. În prezent, principala activitate de cercetare se concentrează pe modificarea și modificarea electrodului, în special activitatea electrodului negativ trebuie îmbunătățită.

Principala modalitate de a îmbunătăți activitatea electrochimică a materialelor cu electrozi negativi la temperaturi scăzute este modificarea electrozilor. Electrozii sunt modificați cu catalizatori (cum ar fi nanofire TiN, TiC, MnO2, OTiB2, TixOy), iar activitatea electrodului este îmbunătățită prin acoperirea suprafeței și depunerea pe electrozi, ceea ce reduce polarizarea electrochimică a bateriei și reacțiile secundare ale bateriei. baterie la sfârșitul încărcării și descărcarii.

2. Electrolitul

Ca loc de depozitare a substanțelor active în bateriile cu flux, electrolitul este unitatea de capacitate a bateriilor cu flux. Conductivitatea electrolitului crește odată cu creșterea temperaturii, iar vâscozitatea scade odată cu creșterea temperaturii. Performanța cuprinzătoare a bateriei poate fi optimizată prin creșterea stării de valență cuprinzătoare a electrolitului și creșterea volumului electrolitului electrodului negativ. Vedeți influența stării electrolitului negativ al bateriei cu flux asupra performanței bateriei.

Pentru electroliții bateriei cu vanadiu, electrolitul electrodului negativ este ușor de precipitat la temperaturi scăzute, stabilitatea electrolitului electrodului negativ este slabă la temperaturi scăzute, iar vâscozitatea crește și conductivitatea scade. În prezent, principalele modalități de îmbunătățire a performanței la temperaturi scăzute prin electroliți sunt:

1) Optimizarea compoziției solventului, prin optimizarea raportului de concentrație acid sulfuric-ion vanadiu, pentru a îmbunătăți stabilitatea electrolitului electrodului negativ la temperaturi scăzute;
2) Dezvoltarea electroliților acizi mixți, cum ar fi electroliții de vanadiu acid clorhidric-acid sulfuric.
3) Aditivii, cum ar fi sărurile anorganice, acizii organici etc., prin aditivi, distrug mecanismul de precipitare/precipitare pentru a crește bariera de precipitare/precipitare.

3. Parametrii de funcționare
Parametrii de funcționare ai bateriilor de debit includ în principal modul de încărcare și descărcare, debitul electrolitului, temperatura, SOC etc. Performanța bateriilor de debit poate fi îmbunătățită prin ajustarea și optimizarea parametrilor de funcționare. De exemplu, la sfârșitul încărcării și descărcării, debitul de electrolit este crescut pentru a crește capacitatea bateriei și utilizarea electrolitului.

Principalele modalități de îmbunătățire a performanței bateriilor de flux la temperaturi scăzute prin optimizarea parametrilor de funcționare sunt:

1) Creșteți debitul de electrolit, creșteți în mod activ difuzia electrolitului, reduceți polarizarea concentrației electrolitului pe electrod, reduceți impedanța de difuzie și îmbunătățiți performanța bateriei de curgere;

2) Controlați SOC și operați bateria de debit la un SOC scăzut cât mai mult posibil. La temperaturi scăzute, stabilitatea electrolitului negativ se deteriorează. Prin reducerea concentrației ionilor de vanadiu bivalenți la electrodul negativ, se reduce riscul de precipitare a ionilor de vanadiu bivalenți;

3) Reduceți densitatea de încărcare și descărcare (putere). La temperaturi scăzute, performanța electrochimică scade și există riscul ca bateria cu flux de lichid să nu funcționeze normal la densitate mare. Prin controlul modului de încărcare și descărcare, încărcarea și descărcarea de mare putere (densitate) nu se realizează la temperaturi scăzute. După o perioadă de funcționare, căldura generată este utilizată pentru a crește temperatura înainte de încărcare și descărcare de mare putere.