طرق لتحسين أداء درجات الحرارة المنخفضة لبطاريات التدفق

طرق تحسين أداء بطاريات التدفق في درجات الحرارة المنخفضة

ستنخفض كفاءة بطاريات التدفق السائل بشكل كبير عند درجات الحرارة المنخفضة، وسوف تترسب أيونات الفاناديوم ثنائية التكافؤ في إلكتروليتات الفاناديوم عند درجات حرارة منخفضة، مما يؤثر بشكل خطير على أداء البطارية وعمرها. العوامل الرئيسية التي تسبب ضعف أداء بطاريات التدفق السائل في درجات الحرارة المنخفضة هي:

1. في درجات الحرارة المنخفضة، تزداد لزوجة المنحل بالكهرباء، مما يؤدي إلى انخفاض الموصلية؛

2. في درجات الحرارة المنخفضة، تزداد مقاومة نقل الشحنة عند واجهة القطب/الحجاب الحاجز؛
عند درجات الحرارة المنخفضة، ينخفض معدل هجرة المواد الفعالة في الإلكتروليت، ويزداد استقطاب القطب.
يتم اقتراح طرق فعالة لتحسين أداء بطاريات التدفق في درجات الحرارة المنخفضة بشكل أساسي من جوانب الأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات ومعلمات التشغيل.

1. الأقطاب الكهربائية

كموقع تفاعل للمواد الفعالة، يرتبط نشاط القطب، والتوصيل، والانضغاط، والمسامية، والنفاذية ومعلمات الأداء الأخرى ارتباطًا مباشرًا بأداء مجموعة البطارية. من بينها، يتأثر نشاط القطب بشكل كبير بدرجة الحرارة. في بطاريات تدفق الفاناديوم، يعد النشاط الضعيف للقطب السالب هو العامل الرئيسي الذي يقيد التحسين الإضافي لأداء بطاريات تدفق الفاناديوم. في الوقت الحاضر، تستخدم معظم أقطاب بطارية التدفق الجرافيت كأقطاب كهربائية. شعر الجرافيت هو مادة مسامية.

باعتباره قطبًا كهربائيًا، يمكنه زيادة مساحة السطح المحددة للقطب الكهربائي ويمكن استخدامه أيضًا كطبقة انتشار. لباد الجرافيت العادي لديه نشاط إلكترود ضعيف. حتى بعد العلاج بدرجة حرارة عالية، لا يمكن ممارسة نشاط القطب بشكل جيد. في الوقت الحاضر، يركز العمل البحثي الرئيسي على تعديل القطب الكهربائي وتعديله، وخاصة نشاط القطب السالب الذي يحتاج إلى تحسين.

الطريقة الرئيسية لتحسين النشاط الكهروكيميائي لمواد القطب السالب عند درجات حرارة منخفضة هي تعديل الأقطاب الكهربائية. يتم تعديل الأقطاب الكهربائية باستخدام المحفزات (مثل أسلاك TiN النانوية، وTiC، وMnO2، وOTiB2، وTixOy)، ويتم تحسين نشاط القطب عن طريق طلاء السطح وترسيبه على الأقطاب الكهربائية، مما يقلل من الاستقطاب الكهروكيميائي للبطارية والتفاعلات الجانبية للبطارية. البطارية في نهاية الشحن والتفريغ.

2. المنحل بالكهرباء

باعتباره مكان تخزين المواد الفعالة في بطاريات التدفق، فإن الإلكتروليت هو وحدة سعة بطاريات التدفق. تزداد موصلية الإلكتروليت مع زيادة درجة الحرارة، وتقل اللزوجة مع زيادة درجة الحرارة. يمكن تحسين الأداء الشامل للبطارية عن طريق زيادة حالة التكافؤ الشامل للإلكتروليت وزيادة حجم الإلكتروليت السالب. شاهد تأثير حالة القطب السالب بالكهرباء لبطارية التدفق على أداء البطارية.

بالنسبة إلكتروليتات بطارية الفاناديوم، من السهل ترسيب إلكتروليت القطب السالب عند درجات حرارة منخفضة، ويكون استقرار إلكتروليت القطب السالب ضعيفًا عند درجات حرارة منخفضة، وتزداد اللزوجة وتنخفض الموصلية. في الوقت الحاضر، الطرق الرئيسية لتحسين الأداء في درجات الحرارة المنخفضة من خلال الإلكتروليتات هي:

1) تحسين تكوين المذيبات، عن طريق تحسين نسبة تركيز أيون حمض الكبريتيك والفاناديوم، لتحسين استقرار المنحل بالكهرباء الكهربائي السالب في درجات حرارة منخفضة؛
2) تطوير إلكتروليتات حمضية مختلطة، مثل إلكتروليتات الفاناديوم التي تحتوي على حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك.
3) المواد المضافة، مثل الأملاح غير العضوية، والأحماض العضوية، وما إلى ذلك، من خلال المواد المضافة، تدمر آلية هطول الأمطار/هطول الأمطار لزيادة حاجز هطول الأمطار/هطول الأمطار.

3. معلمات التشغيل
تشتمل معلمات تشغيل بطاريات التدفق بشكل أساسي على وضع الشحن والتفريغ، ومعدل تدفق الإلكتروليت، ودرجة الحرارة، وSOC، وما إلى ذلك. ويمكن تحسين أداء بطاريات التدفق عن طريق ضبط معلمات التشغيل وتحسينها. على سبيل المثال، في نهاية الشحن والتفريغ، يتم زيادة معدل تدفق الإلكتروليت لزيادة سعة البطارية والاستفادة من الإلكتروليت.

الطرق الرئيسية لتحسين أداء بطاريات التدفق في درجات حرارة منخفضة من خلال تحسين معلمات التشغيل هي:

1) زيادة معدل تدفق المنحل بالكهرباء، وزيادة نشاط نشر المنحل بالكهرباء، وتقليل استقطاب تركيز المنحل بالكهرباء على القطب، وتقليل مقاومة الانتشار، وتحسين أداء بطارية التدفق؛

2) التحكم في SOC وتشغيل بطارية التدفق عند مستوى SOC منخفض قدر الإمكان. في درجات الحرارة المنخفضة، يتدهور استقرار المنحل بالكهرباء القطب السالب. عن طريق تقليل تركيز أيونات الفاناديوم ثنائي التكافؤ عند القطب السالب، يتم تقليل خطر هطول أيونات الفاناديوم ثنائي التكافؤ؛

3) تقليل كثافة الشحن والتفريغ (الطاقة). في درجات الحرارة المنخفضة، ينخفض الأداء الكهروكيميائي، وهناك خطر من عدم قدرة بطارية تدفق السائل على العمل بشكل طبيعي في ظل كثافة عالية. من خلال التحكم في وضع الشحن والتفريغ، لا يتم إجراء الشحن والتفريغ عالي الطاقة (الكثافة) في درجات حرارة منخفضة. بعد التشغيل لفترة من الوقت، يتم استخدام الحرارة المتولدة لزيادة درجة الحرارة قبل الشحن والتفريغ عالي الطاقة.