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液流电池充放电性能分析
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1、 效率分析 1）库伦效率：电池放电过程所放出安时容量除以充电过程所消耗的安时容量。液流电池库伦效率受隔膜、电极等关键材料影响较大，主要原因有：隔膜钒离子渗透会造成自放电，导致库伦效率降低；同时隔膜电导率、电极活性会导致电池微量析氢析氧等副反应发生，造成库伦效率降低；电池运行过程中，由于运行温度不当，造成电解液沉淀或析出，也会导致库伦效率降低，尤其是在高SOC状态下，高温造成五价钒离子的微量析出，会造成库伦效率的下降；由于二价钒离子容易被氧化，若储液罐气体中含有氧气，密封不严，会造成二价钒离子的氧化，导致库伦效率降低。长期循环运行中，由于钒离子的渗透造成的容量损耗，可通过电解液的混合来恢复，但对于副反应以及二价钒离子的氧化造成的容量损耗，不能通过电解液的混合来恢复。 2）电压效率：有两种计算方法，一种是电池放电平均电压除以充电平均电压，一种是电池能量效率除以库伦效率，两种定义方法液流电池相关测试标准都有定义。电压效率受隔膜电导率、电极活性、双极板导电性、电解液流速、温度、接触电阻等影响。隔膜电导率的测试需要在酸溶液中进行，不能直接进行测试，由于隔膜的制备原料不同，所以有的在水中是不导电的，但在酸溶液中试导电的，所以隔膜电导率的测试一定要在酸溶液中进行；如果电解液在电极表面不能均匀分布，那么电极上电化学极化就会很大，极化过电位过大，造成电压效率降低，同时不能够进行大电密测试；液流电池电压效率随温度的升高而增大，主要是由于随温度增大，电解液粘度小，电解液流量增加，电极上电解液更新速率加快，浓差极化减小，同时温度升高，电极上电化学活性增大，隔膜电导率增大，导致电压效率增大； 对于接触电阻，不仅要考虑电极与双极板之间的接触电阻，还需要考虑铜板与双极板之间的接触电阻。 3）能量效率：电池放电过程所放出瓦时容量除以充电过程所消耗的瓦时容量。对于液流电池来说，若能量效率相同，电压效率和库伦效率不同，首选库伦效率高的测试条件和电池系统，库伦效率的高低，直接影响电池系统容量的衰减；在分析隔膜、电极、双极板、电解液、结构设计、电解液流速、充放电条件、温度等对能量效率的影响时，建议分成库伦效率与能量效率，针对影响较大的因素进行重点分析；如温度的影响，在0-40范围内，库伦效率随温度升高，降低不明显，但电压效率增大显著，高于30℃后，电压效率变化不在显著。 2、 容量分析 液流电池的容量存储于电解中，其大小与电解液浓度、体积相关。对于液流电池的容量分析，主要从电解液利用率、电池容量衰减率和能量密度等几方面进行分析。液流电池电解液的利用率与电池内阻密切相关，电池内阻越小，电解液利用率越高；电池容量衰减与库伦效率密切相关，可对影响库伦效率的各个因素进行定性、定量分析，找出主要影响关键因素；对于能量密度，主要从提高电解液浓度方面进行研发，高浓度稳定性电解液主要存在电解液活性物质析出，粘度大等问题。 3、 电解液分析 电池系统在长期运行运行中，由于隔膜的水迁移和活性物质的渗透，会造成电解液价态、体积失衡，造成电池系统容量的衰减，所以研究电解液在线恢复或减少电池容量衰减或电池系统长期稳定运行等技术，对于大容量储能系统很有必要。在做电解液在线恢复技术前，需要对正负极电解液价态、体积做到详细检测，目前电解液价态浓度检测，主要采用电位滴定法，在对电解液检测后，再确定恢复方法。 4、 电压均匀性分析 液流电池单体电压均匀性、各电堆的总电压均衡性、各子系统的电压均衡。由于液流电池共用电解液，监测电压就可以检测各单体电池、电堆、系统的内阻的变化，进而快速找到问题单体、电堆和子系统。由于材料的不均匀、电解液流速的不均匀，很容易造成电堆内阻的不均衡，针对此种不均衡技术，可以开发针对液流电池系统的电压均衡技术，提高电池系统的稳定运行。 |
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 液流电池flow battery |
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