Facteurs clés affectant l'écoulement interne des batteries d'écoulement -

3. Rapport de compression de l'électrode

Le rapport de compression des électrodes poreux est un facteur d'assemblage efficace pour l'améliorationbatterie de fluxperformance. D'une part, la réduction de l'épaisseur des électrodes réduit la résistance globale de la batterie. D'un autre côté, l'électrode poreuse comprimée réduit également la perte de concentration dans la direction de l'épaisseur, améliorant davantage les performances dubatterie de flux.

Wang a proposé un modèle précis pour étudier l'effet d'électrodes poreuses non compressées sur les performances de tous-batteries à flux redox de vanadiumà différents rapports de compression. L'électrode poreuse est généralement comprimée dans une certaine mesure pour réduire la résistance de contact entre leplaque bipolaireEt le carbone se sentit. Cependant, le champ d'écoulement a gravé dans leplaque bipolaireprovoque une distribution de charge de pression inégale dans l'électrode poreuse sous la zone de sous-rib, la zone du canal et la zone d'intrusion à l'intérieur du canal, et la déformation inégale fait pénétrer l'électrode dans le canal, affectant ainsi de manière significative les propriétés physiques de l'électrode comprend la porosité, la perméabilité, l'épaisseur et la profondeur de l'invasion. Comme le montre la figure 2, un dispositif expérimental a été conçu pour détecter les caractéristiques morphologiques du feutre comprimé sous différents rapports de compression, tels que le taux d'intrusion et la porosité locale. L'étude a révélé que la présence de la zone d'invasion conduit à la détérioration du processus de transfert de masse de l'électrolyte dans l'électrode, entraînant une surtension élevée.

Figure 2 Comparaison des résultats expérimentaux et de simulation

Yue a couplé le modèle de polarisation avec un modèle tridimensionnel précédemment développé pour obtenir une compréhension mécaniste de la relation entre le rapport de compression des électrodes et la polarisation de la batterie. Les effets de différents rapports de compression sur le débit, la chute de pression, la densité de courant locale, la surploitation sur-potentiel et la distribution de vitesse ont été étudiés, et le tout-batterie de flux de vanadiumLes performances prédites par le modèle numérique ont été appariées à des données expérimentales. Il a été constaté que la pression et la vitesse d'écoulement dans le canal d'écoulement augmentaient avec l'augmentation du rapport de compression en raison de la diminution de la zone transversale du canal d'écoulement.

De plus, l'augmentation du rapport de compression limite la pénétration des électrolytes en raison de la perméabilité réduite, de la porosité et du volume des électrodes. L'électrode poreuse avec un rapport de compression optimisée de 28% a montré une perméabilité maximale de l'électrolyte. Compte tenu de la zone d'intrusion, une bonne compression des électrodes peut améliorer considérablement le transport des réactifs et la zone de réaction. Le tout-batterie de flux de vanadiumAvec un rapport de compression en feutre optimal de 55,7% montre une uniformité électrolyte optimale, une faible densité de courant et une survient.

Figure 3 Diagramme du dispositif de compression des électrodes

Latha a rapporté une étude sur l'hydrodynamique des champs d'écoulement serpentine dans toutbatteries à flux de vanadium. Deux tailles différentes de champs d'écoulement serpentin, 25 mm × 25 mm et 80 mm × 51 mm, ont été sélectionnées, et leurs effets sur des paramètres tels que la chute de pression et la perméabilité de l'électrolyte ont été étudiés. Le feu du carbone comprimé réduit la zone transversale du canal, ce qui augmente le débit et réduit le diamètre hydraulique, ce qui augmente la chute de pression.

Par conséquent, les auteurs ont estimé la perméabilité à différents rapports de compression, qui variaient de 5 à 8 × 10−11 m². De plus, les baisses de pression pour les deux géométries du canal ont été mesurées sur une large gamme de nombres de Reynolds. Il a été constaté que dans ce cas, la chute de pression mesurée était en bon accord avec la chute de pression prévue, tandis que l'autre cas a montré une grande différence.