Methoden zur Verbesserung der Tieftemperaturleistung von Durchflussbatterien

Methoden zur Verbesserung der Tieftemperaturleistung von Durchflussbatterien

Die Effizienz von Flüssigstrombatterien wird bei niedrigen Temperaturen erheblich verringert, und zweiwertige Vanadiumionen fallen bei niedrigen Temperaturen in Vanadiumelektrolyten aus, was die Leistung und Lebensdauer der Batterie erheblich beeinträchtigt. Die Hauptfaktoren für eine schlechte Leistung von Flüssigstrombatterien bei niedrigen Temperaturen sind:

1. Bei niedrigen Temperaturen erhöht sich die Viskosität des Elektrolyten, was zu einer verringerten Leitfähigkeit führt;

2. Bei niedrigen Temperaturen steigt die Ladungsübertragungsimpedanz an der Grenzfläche Elektrode/Membran;
Bei niedrigen Temperaturen nimmt die Migrationsgeschwindigkeit der Wirkstoffe im Elektrolyten ab und die Elektrodenpolarisation nimmt zu.
Wirksame Methoden zur Verbesserung der Tieftemperaturleistung von Durchflussbatterien werden hauptsächlich unter den Gesichtspunkten Elektroden, Elektrolyte und Betriebsparameter vorgeschlagen.

1. Elektroden

Als Reaktionsort aktiver Substanzen stehen die Aktivität, Leitfähigkeit, Kompressibilität, Porosität, Permeabilität und andere Leistungsparameter der Elektrode in direktem Zusammenhang mit der Leistung des Batteriestapels. Unter diesen wird die Elektrodenaktivität am stärksten von der Temperatur beeinflusst. Bei Vanadium-Flow-Batterien ist die schlechte Aktivität der negativen Elektrode der Hauptfaktor, der die weitere Verbesserung der Leistung von Vanadium-Flow-Batterien einschränkt. Derzeit verwenden die meisten Durchflussbatterieelektroden Graphitfilz als Elektroden. Graphitfilz ist ein poröses Material.

Als Elektrode kann es die spezifische Oberfläche der Elektrode vergrößern und auch als Diffusionsschicht eingesetzt werden. Gewöhnlicher Graphitfilz weist eine schlechte Elektrodenaktivität auf. Selbst nach einer Hochtemperaturbehandlung kann die Elektrodenaktivität nicht gut ausgeübt werden. Derzeit konzentriert sich die Hauptforschungsarbeit auf die Modifikation und Modifikation von Elektroden, insbesondere muss die Aktivität der negativen Elektrode verbessert werden.

Die wichtigste Möglichkeit, die elektrochemische Aktivität negativer Elektrodenmaterialien bei niedrigen Temperaturen zu verbessern, besteht in der Modifizierung der Elektroden. Die Elektroden werden mit Katalysatoren (z. B. TiN-Nanodrähten, TiC, MnO2, OTiB2, TixOy) modifiziert und die Elektrodenaktivität wird durch Oberflächenbeschichtung und Abscheidung auf den Elektroden verbessert, wodurch die elektrochemische Polarisation der Batterie und die Nebenreaktionen der Batterie verringert werden Batterie am Ende des Ladens und Entladens.

2. Elektrolyt

Als Speicherort für Wirkstoffe in Flow-Batterien ist der Elektrolyt die Kapazitätseinheit von Flow-Batterien. Mit zunehmender Temperatur steigt die Leitfähigkeit des Elektrolyten, mit steigender Temperatur nimmt die Viskosität ab. Die Gesamtleistung der Batterie kann durch Erhöhen des Gesamtwertigkeitszustands des Elektrolyten und Erhöhen des Volumens des Negativelektrodenelektrolyten optimiert werden. Sehen Sie sich den Einfluss des Zustands des negativen Elektrodenelektrolyten der Durchflussbatterie auf die Batterieleistung an.

Bei Vanadium-Batterieelektrolyten fällt der Elektrolyt der negativen Elektrode bei niedrigen Temperaturen leicht aus, die Stabilität des Elektrolyten der negativen Elektrode ist bei niedrigen Temperaturen schlecht und die Viskosität steigt und die Leitfähigkeit nimmt ab. Derzeit sind die wichtigsten Möglichkeiten zur Verbesserung der Tieftemperaturleistung durch Elektrolyte:

1) Optimierung der Lösungsmittelzusammensetzung durch Optimierung des Schwefelsäure-Vanadiumionen-Konzentrationsverhältnisses, um die Stabilität des Negativelektrodenelektrolyten bei niedrigen Temperaturen zu verbessern;
2) Entwicklung gemischter Säureelektrolyte, wie z. B. Vanadiumelektrolyte im Salzsäure-Schwefelsäure-System.
3) Zusatzstoffe wie anorganische Salze, organische Säuren usw. zerstören durch Zusatzstoffe den Niederschlags-/Niederschlagsmechanismus und erhöhen so die Niederschlags-/Niederschlagsbarriere.

3. Betriebsparameter
Zu den Betriebsparametern von Durchflussbatterien gehören hauptsächlich der Lade- und Entlademodus, die Elektrolytdurchflussrate, die Temperatur, der Ladezustand usw. Die Leistung von Durchflussbatterien kann durch Anpassen und Optimieren der Betriebsparameter verbessert werden. Beispielsweise wird am Ende des Lade- und Entladevorgangs die Elektrolytdurchflussrate erhöht, um die Batteriekapazität und Elektrolytausnutzung zu erhöhen.

Die wichtigsten Möglichkeiten zur Verbesserung der Leistung von Durchflussbatterien bei niedrigen Temperaturen durch Optimierung der Betriebsparameter sind:

1) Erhöhen Sie die Elektrolytdurchflussrate, erhöhen Sie aktiv die Diffusion des Elektrolyten, verringern Sie die Konzentrationspolarisierung des Elektrolyten an der Elektrode, verringern Sie die Diffusionsimpedanz und verbessern Sie die Leistung der Durchflussbatterie.

2) Kontrollieren Sie den Ladezustand und betreiben Sie die Durchflussbatterie so weit wie möglich bei einem niedrigen Ladezustand. Bei niedrigen Temperaturen verschlechtert sich die Stabilität des Elektrolyten der negativen Elektrode. Durch die Verringerung der Konzentration zweiwertiger Vanadiumionen an der negativen Elektrode wird das Risiko einer Ausfällung zweiwertiger Vanadiumionen verringert;

3) Reduzieren Sie die Lade- und Entladedichte (Leistung). Bei niedrigen Temperaturen nimmt die elektrochemische Leistung ab und es besteht die Gefahr, dass die Flüssigstrombatterie bei hoher Dichte nicht normal funktionieren kann. Durch die Steuerung des Lade- und Entlademodus wird bei niedrigen Temperaturen kein Laden und Entladen mit hoher Leistung (Dichte) durchgeführt. Nach einer gewissen Laufzeit wird die erzeugte Wärme genutzt, um die Temperatur vor dem Hochleistungsladen und -entladen zu erhöhen.