Métodos para melhorar o desempenho em baixas temperaturas de baterias de fluxo

Métodos para melhorar o desempenho em baixas temperaturas de baterias de fluxo

A eficiência das baterias de fluxo líquido será significativamente reduzida em baixas temperaturas, e os íons divalentes de vanádio precipitarão nos eletrólitos de vanádio em baixas temperaturas, afetando seriamente o desempenho e a vida útil da bateria. Os principais fatores que causam o mau desempenho das baterias de fluxo líquido em baixas temperaturas são:

1. Em baixas temperaturas, a viscosidade do eletrólito aumenta, resultando em redução da condutividade;

2. Em baixas temperaturas, a impedância de transferência de carga na interface eletrodo/diafragma aumenta;
Em baixas temperaturas, a taxa de migração das substâncias ativas no eletrólito diminui e a polarização do eletrodo aumenta.
Métodos eficazes para melhorar o desempenho em baixas temperaturas de baterias de fluxo são propostos principalmente a partir dos aspectos de eletrodos, eletrólitos e parâmetros operacionais.

1. Eletrodos

Como local de reação das substâncias ativas, a atividade, condutividade, compressibilidade, porosidade, permeabilidade e outros parâmetros de desempenho do eletrodo estão diretamente relacionados ao desempenho da pilha de baterias. Entre eles, a atividade do eletrodo é afetada de forma mais significativa pela temperatura. Nas baterias de fluxo de vanádio, a fraca atividade do eletrodo negativo é o principal fator que restringe a melhoria adicional do desempenho das baterias de fluxo de vanádio. Atualmente, a maioria dos eletrodos de bateria de fluxo usa feltro de grafite como eletrodo. O feltro de grafite é um material poroso.

Como eletrodo, pode aumentar a área superficial específica do eletrodo e também pode ser usado como camada de difusão. O feltro de grafite comum tem baixa atividade de eletrodo. Mesmo após tratamento em alta temperatura, a atividade do eletrodo não pode ser bem exercida. Atualmente, o principal trabalho de pesquisa está focado na modificação e modificação do eletrodo, especialmente a atividade do eletrodo negativo precisa ser melhorada.

A principal forma de melhorar a atividade eletroquímica de materiais de eletrodos negativos em baixas temperaturas é modificar os eletrodos. Os eletrodos são modificados com catalisadores (como nanofios de TiN, TiC, MnO2, OTiB2, TixOy), e a atividade do eletrodo é melhorada pelo revestimento superficial e deposição nos eletrodos, o que reduz a polarização eletroquímica da bateria e as reações colaterais do bateria no final da carga e descarga.

2. Eletrólito

Como local de armazenamento de substâncias ativas nas baterias de fluxo, o eletrólito é a unidade de capacidade das baterias de fluxo. A condutividade do eletrólito aumenta com o aumento da temperatura e a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. O desempenho abrangente da bateria pode ser otimizado aumentando o estado de valência abrangente do eletrólito e aumentando o volume do eletrólito do eletrodo negativo. Veja a influência do estado do eletrólito do eletrodo negativo da bateria de fluxo no desempenho da bateria.

Para eletrólitos de bateria de vanádio, o eletrólito do eletrodo negativo é fácil de precipitar em baixas temperaturas, a estabilidade do eletrólito do eletrodo negativo é fraca em baixas temperaturas e a viscosidade aumenta e a condutividade diminui. Atualmente, as principais formas de melhorar o desempenho em baixas temperaturas por meio de eletrólitos são:

1) Otimização da composição do solvente, otimizando a razão de concentração de íons ácido sulfúrico-vanádio, para melhorar a estabilidade do eletrólito do eletrodo negativo em baixas temperaturas;
2) Desenvolvimento de eletrólitos ácidos mistos, como eletrólitos de vanádio do sistema ácido clorídrico-ácido sulfúrico.
3) Aditivos, como sais inorgânicos, ácidos orgânicos, etc., através de aditivos, destroem o mecanismo de precipitação/precipitação para aumentar a barreira de precipitação/precipitação.

3. Parâmetros de operação
Os parâmetros de operação das baterias de fluxo incluem principalmente modo de carga e descarga, taxa de fluxo de eletrólito, temperatura, SOC, etc. O desempenho das baterias de fluxo pode ser melhorado ajustando e otimizando os parâmetros de operação. Por exemplo, no final da carga e descarga, a taxa de fluxo do eletrólito é aumentada para aumentar a capacidade da bateria e a utilização do eletrólito.

As principais formas de melhorar o desempenho das baterias de fluxo em baixas temperaturas, otimizando os parâmetros de operação, são:

1) Aumentar a taxa de fluxo do eletrólito, aumentar ativamente a difusão do eletrólito, reduzir a polarização da concentração do eletrólito no eletrodo, reduzir a impedância de difusão e melhorar o desempenho da bateria de fluxo;

2) Controle o SOC e opere a bateria de fluxo com um SOC baixo, tanto quanto possível. Em baixas temperaturas, a estabilidade do eletrólito do eletrodo negativo se deteriora. Ao reduzir a concentração de íons vanádio divalentes no eletrodo negativo, o risco de precipitação de íons vanádio divalente é reduzido;

3) Reduza a densidade (potência) de carga e descarga. Em baixas temperaturas, o desempenho eletroquímico diminui e existe o risco de a bateria de fluxo de líquido não funcionar normalmente sob alta densidade. Ao controlar o modo de carga e descarga, a carga e descarga de alta potência (densidade) não são realizadas em baixas temperaturas. Depois de funcionar por um período de tempo, o calor gerado é usado para aumentar a temperatura antes do carregamento e descarregamento de alta potência.