Die Stapelstruktur der Vanadium-Flow-Batterie

Die Stapelstruktur der Vanadium-Flow-Batterie

Der Energiespeichersystem für Vanadium-Flüssigkeitsbatterien besteht hauptsächlich aus einem Batteriestapel, einer Elektrolytspeicher- und -versorgungseinheit, einem Batteriemanagementsystem, einem Stromumwandlungssystem, einem Energiemanagementsystem usw. Der Batteriestapel ist die kritischste Komponente einer Vanadium-Flüssigkeitsflussbatterie (VRFB) und bestimmt die Kraft des VRFB.

1. Grundstruktur

Der VRFB-Stapel wird üblicherweise aus mehreren oder Dutzenden Einzelzellen in Form einer Filterpresse zusammengesetzt. Zu seinen Hauptkomponenten gehören: Endplatten, Führungsplatten, Stromkollektoren, Bipolarplatten, Elektrodenrahmen, Elektroden, Ionenleitungsmembranen und Dichtungsmaterialien. Im Allgemeinen sind die einzelnen Zellen in Reihe geschaltet, wobei die positiven und negativen Elektroden zwischen zwei benachbarten Zellen durch Bipolarplatten verbunden sind und die Stromkollektoren an beiden Enden des Stapels Spannung ausgeben, wodurch ein VRFB-Stapel mit einem bestimmten Spannungsniveau entsteht. Der Arbeitsstrom des Stapels wird durch die tatsächliche Betriebsstromdichte und Elektrodenfläche bestimmt, die Anzahl der in Reihe geschalteten Einzelzellen im Stapel bestimmt die Ausgangsspannung und -leistung des Stapels und die Nennleistungsdichte des Stapels wird durch die bestimmt Nennarbeitsstromdichte und die Spannung einer einzelnen Zelle.

2. Verteilung des Elektrolyten
Für VRFB ist die Strömungsverteilung des Elektrolyten innerhalb der Batterie ein Schlüsselfaktor, der die Leistung des Batteriestapels beeinflusst. Der Elektrolyt fließt in die Einlassleitung des Batteriestapels, gelangt in die gemeinsame Leitung und fließt parallel nacheinander in die Zweigströmungskanäle im Elektrodenrahmen jeder einzelnen Zelle und fließt dann durch die Elektrode, um an der elektrochemischen Reaktion teilzunehmen. und fließt dann aus dem Batteriestapel durch den Auslasszweigströmungskanal und die gemeinsame Rohrleitung. Unter diesen ist der Elektrolytfluss in der Abzweigleitung im Elektrodenrahmen und in der Elektrode der Faktor, der den größten Einfluss auf die Leistung des Batteriestapels hat. Wenn der Elektrolyt in der Elektrode ungleichmäßig verteilt ist, führt dies zu einer starken Konzentrationspolarisierung, wodurch die Arbeitsstromdichte des Batteriestapels verringert wird.

Die gemeinsame Rohrleitung ist für die Verbindung jeder Batterie im Batteriestapel verantwortlich und übernimmt die Aufgabe, den Elektrolyten gleichmäßig auf jede Batterie zu verteilen. Daher wirken sich die Wahl seiner Strömungsform und die Gestaltung seiner Strukturparameter direkt auf die Gleichmäßigkeit der Elektrolytverteilung in der Elektrode aus, wodurch sich die Spannungsgleichmäßigkeit des Batteriestapels und darüber hinaus die Leistung, Stabilität und Lebensdauer der Batterie auswirken Stapel.

3. Dichtungsmaterialien und -konstruktionen
VRFB verwendet eine ionenleitende Membran, um die Elektrolyte auf der positiven und negativen Seite zu trennen. Im Batteriestapel ist eine Dichtungstechnik erforderlich, um zu verhindern, dass die Elektrolyte auf beiden Seiten ineinander eindringen, den Coulomb-Wirkungsgrad und die Energiespeicherkapazität des Batteriestapels zu verringern und die Betriebssicherheit zu verbessern. Gleichzeitig ist eine Dichtungstechnik erforderlich, um zu verhindern, dass Elektrolyt aus dem Batteriestapel austritt. Das am häufigsten verwendete Dichtungsmaterial für VRFB ist Gummimaterial, das eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, chemische Stabilität und Elastizität aufweisen muss.

4. Integration des Batteriestapels
Bipolarplatten, Dichtungen, Elektrodenrahmen, Elektroden, ionenleitende Membranen, Elektroden, Elektrodenrahmen, Dichtungen usw. werden zu einer einzelnen VRFB-Zelle gestapelt. Mehrere oder Dutzende Einzelzellen werden nach Art einer Filterpresse zusammengestapelt und auf beiden Seiten mit Stromabnehmern und Endplatten versehen, um einen VRFB-Batteriestapel zusammenzustellen. Der Montageprozess des Batteriestapels ist hauptsächlich in zwei Schritte unterteilt:

① Positionierung. Die Komponenten des Batteriestacks nehmen mit zunehmender Anzahl an Einzelzellen deutlich zu. Ein 30-kW-Batteriestapel besteht normalerweise aus etwa 50 Einzelzellen und besteht aus Hunderten von Komponenten. Wenn diese Komponenten einzeln gemäß der Positionierungsstruktur zusammengebaut werden, kann eine Fehlausrichtung vermieden werden, um eine gleichmäßige Verteilung des Elektrolyten sicherzustellen und ein Auslaufen zu verhindern.

② Einheitlicher Montagedruck. Bei der Druckbeaufschlagung der Presse sind die Parallelität der Druckfläche und der Endplatte sowie die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit äußerst wichtig. Eine schlechte Parallelität oder eine zu hohe Laufgeschwindigkeit führen zu einer Verformung des Batteriestapels und sogar zum Auswerfen von Komponenten.