Pengurusan haba bateri aliran

Bateri aliran cecair (RFB) menjana banyak haba semasa operasi. Jika haba tidak dapat dilesapkan tepat pada masanya dan berkesan, suhu bateri akan meningkat, sekali gus menjejaskan prestasi dan keselamatan bateri. Keadaan tindak balas elektrokimia, kekonduksian ion, kadar pergerakan ion merentasi membran, dan kelikatan elektrolit semuanya berkait rapat dengan suhu semasa operasi. Secara khusus, meningkatkan suhu boleh meningkatkan pemalar kadar tindak balas dan menggalakkan kinetik tindak balas dalam tindak balas elektrokimia. Pada masa yang sama, suhu tinggi juga akan mengurangkan kelikatan elektrolit, dengan itu meningkatkan kecekapan penghantaran ion vanadium dari badan utama ke permukaan elektrod dan mengurangkan potensi polarisasi kepekatan. Walau bagaimanapun, apabila suhu melebihi julat tertentu, ia akan memberi kesan maut.

Mengambil bateri aliran redoks vanadium (VRFB) sebagai contoh, julat suhu operasi biasa ialah 0~40°C. Apabila suhu meningkat, tindak balas evolusi hidrogen pada elektrod negatif akan dipertingkatkan dengan ketara, mengakibatkan penurunan kecekapan Coulombik. Pada masa yang sama, keupayaan penyebaran ion vanadium melalui membran ion dipertingkatkan, yang meningkatkan keupayaan pudar. Selain itu, ion aktif vanadium dalam elektrolit tidak stabil dan terdedah kepada pemendakan apabila suhu tidak normal. Apabila elektrolit 2 mol/L VO+2+3 mol/L H2SO4 diletakkan pada 40°C selama 2 hari, VO+2 Ditukarkan kepada pemendakan V2O5; dan selepas diletakkan pada suhu 15°C selama 7 hari, V2+ dalam elektrolit akan memendakan. Mendakan yang dijana ini akan menyekat saluran aliran, menutupi karbon terasa dan membran ion, membawa kepada peningkatan kehilangan kuasa pam dan kegagalan bateri.

Suhu tinggi yang berterusan juga akan mempercepatkan penuaan elektrod dalaman, membran proton dan bahan lain bateri, sekali gus memendekkan hayat perkhidmatan bateri. Oleh itu, pengurusan haba suhu adalah sangat penting untuk mengekalkan operasi stabil bateri aliran.

Untuk memastikan operasi bateri aliran yang stabil dan selamat, adalah perlu untuk mewujudkan model terma untuk meramal dan mengawal suhu elektrolit dan seterusnya membimbing kawalan pengoptimuman bateri, yang juga merupakan bahagian penting dalam sistem pengurusan haba.

Faktor-faktor yang menjana haba semasa operasi bateri aliran cecair semua-vanadium termasuk tindak balas elektrokimia, potensi lampau, geseran hidraulik, tindak balas silang dan shunt, antaranya tindak balas elektrokimia dan penjanaan haba lebih potensi menyumbang perkadaran yang lebih besar berbanding tiga yang lain.

Pada masa ini, laluan teknologi pengurusan haba sistem penyimpanan tenaga elektrokimia terbahagi terutamanya kepada empat kategori: penyejukan udara, penyejukan cecair, penyejukan paip haba dan penyejukan perubahan fasa. Laluan teknologi arus perdana untuk pengurusan haba penyimpanan tenaga bateri aliran cecair di pasaran ialah penyejukan udara dan penyejukan cecair. Pilihan kaedah pelesapan haba ini bergantung pada skala, reka bentuk, keadaan operasi dan keberkesanan kos bateri.

1) Penyejukan udara

Penyejukan udara ialah penyejukan angin, yang menggunakan udara sebagai medium untuk mengeluarkan haba di dalam sistem melalui pengaliran haba dan perolakan haba, dengan itu menyejukkan sistem. Penyejukan udara dibahagikan kepada penyejukan udara semula jadi dan penyejukan udara paksa mengikut mod pemanduan. Penyejukan udara semulajadi menggunakan keadaan semula jadi seperti tekanan angin semula jadi, perbezaan suhu udara dan perbezaan ketumpatan udara untuk mencapai kesan penyejukan pada bateri.

Pekali pemindahan haba perolakan bagi penyejukan udara semula jadi adalah jauh lebih rendah daripada penyejukan udara paksa, jadi sukar untuk menghilangkan sepenuhnya haba yang dihasilkan oleh bateri. Untuk pengecasan kadar rendah dan nyahcas bateri, suhu sistem boleh dikawal dalam julat suhu tertentu, tetapi peningkatan ketumpatan arus sistem dengan mudah boleh menyebabkan suhu melebihi julat had. Oleh itu, walaupun penyejukan udara semulajadi mempunyai kelebihan kesederhanaan, ringan dan kos rendah, skop penggunaannya sangat kecil dan ia jarang dikaji sekarang. Penyejukan udara paksa adalah untuk menghilangkan haba melalui aliran udara paksa yang dihasilkan oleh blower atau kipas. Pada masa ini, pekali pemindahan haba aliran udara paksa bertambah baik. Berbanding dengan penyejukan cecair, penyejukan udara mempunyai kelebihan struktur mudah, penyelenggaraan mudah dan kos rendah, tetapi ia memerlukan sejumlah elektrik, dan kecekapan pelesapan haba, kelajuan pelesapan haba dan keseragaman suhu adalah lemah. Ia biasanya sesuai untuk sistem bateri bersaiz kecil atau sederhana.

2) Penyejukan Cecair

Penyejukan cecair (penyejukan cecair) menggunakan penyejuk sebagai medium dan menggunakan haba tentu yang lebih tinggi dan pekali pemindahan haba untuk menghilangkan haba. Sistem penyejukan cecair boleh memberikan kecekapan pelesapan haba yang lebih tinggi dan kesan kawalan suhu yang lebih baik, tetapi kerumitan dan kos sistem juga agak tinggi, dan sesuai untuk sistem bateri yang besar. Bahan penyejuk yang biasa digunakan termasuk air, larutan akueus etilena glikol, etilena glikol tulen, penyejuk penyaman udara dan minyak silikon. Oleh kerana cas dalam elektrolit bateri aliran mudah mengalir di sepanjang penyejuk ke seluruh sistem, ia lebih berbahaya, jadi pilihan medium penyejukan juga sangat penting. Walau bagaimanapun, kaedah yang paling biasa untuk bateri aliran adalah menggunakan penukar haba tahan kakisan dan bukan konduktif. Bahan dalaman biasanya sama dengan tangki simpanan elektrolit, menggunakan PVC atau PP, atau menggunakan penukar haba tiub logam titanium, dan permukaan dalam ditutup dengan lapisan TiO2 tahan kakisan untuk melindungi penukar haba daripada kakisan asid sulfurik. .

Sebagai salah satu teknologi penyimpanan tenaga boleh diperbaharui yang paling menjanjikan, masalah terlalu panas bateri aliran vanadium semasa operasi sangat mempengaruhi kecekapan dan kestabilan sistem. Oleh itu, pelbagai kaedah yang boleh dilaksanakan diperlukan untuk menyediakan penyelesaian yang boleh dilaksanakan untuk sistem pengurusan haba VRFB.