A estrutura da pilha da bateria de fluxo de vanádio

A estrutura da pilha da bateria de fluxo de vanádio

O sistema de armazenamento de energia de bateria de fluxo líquido de vanádio é composto principalmente por uma pilha de baterias, uma unidade de armazenamento e fornecimento de eletrólito, um sistema de gerenciamento de bateria, um sistema de conversão de energia, um sistema de gerenciamento de energia, etc. A pilha de baterias é o componente mais crítico de uma bateria de fluxo líquido de vanádio (VRFB) e determina o poder do VRFB.

1. Estrutura básica

O Pilha VRFB geralmente é montado a partir de várias ou dezenas de células únicas na forma de um filtro-prensa. Seus principais componentes incluem: placas terminais, placas guia, coletores de corrente, placas bipolares, estruturas de eletrodos, eletrodos, membranas de condução iônica e materiais de vedação. Geralmente, as células individuais são conectadas em série, com os eletrodos positivos e negativos entre duas células adjacentes conectadas por placas bipolares, e a tensão de saída dos coletores de corrente em ambas as extremidades da pilha, formando assim uma pilha VRFB com um determinado nível de tensão. A corrente de trabalho da pilha é determinada pela densidade real da corrente operacional e pela área do eletrodo, o número de células individuais em série na pilha determina a tensão de saída e a potência da pilha, e a densidade de potência nominal da pilha é determinada pelo densidade de corrente nominal de trabalho e a tensão de uma única célula.

2. Distribuição de eletrólito
Para VRFB, a distribuição do fluxo de eletrólito dentro da bateria é um fator chave que afeta o desempenho da pilha de baterias. O eletrólito flui para a tubulação de entrada da pilha de baterias, entra na tubulação comum e flui para os canais de fluxo ramificados na estrutura do eletrodo de cada célula em paralelo, um por um, e então flui através do eletrodo para participar da reação eletroquímica, e então flui para fora da pilha de baterias através do canal de fluxo de saída e da tubulação comum. Entre eles, o fator que tem maior impacto no desempenho da pilha de baterias é o fluxo de eletrólito no ramal na estrutura do eletrodo e no eletrodo. Se o eletrólito no eletrodo for distribuído de forma desigual, produzirá uma polarização de grande concentração, reduzindo a densidade da corrente de trabalho da pilha de baterias.

O pipeline comum é responsável por conectar cada bateria na pilha de baterias e desempenha a função de distribuir uniformemente o eletrólito para cada bateria. Portanto, a seleção de sua forma de fluxo e o design de seus parâmetros estruturais afetam diretamente a uniformidade da distribuição do eletrólito no eletrodo, afetando assim a uniformidade de tensão da pilha de baterias e afetando ainda mais o desempenho, a estabilidade e a vida útil da bateria. pilha.

3. Materiais e estruturas de vedação
VRFB usa uma membrana condutora de íons para separar os eletrólitos nos lados positivo e negativo. A tecnologia de vedação é necessária na pilha de baterias para evitar que os eletrólitos dos dois lados penetrem um no outro, reduzir a eficiência coulombiana e a capacidade de armazenamento de energia da pilha de baterias e melhorar a segurança operacional. Ao mesmo tempo, a tecnologia de vedação também é necessária para evitar que o eletrólito vaze para o exterior da pilha de baterias. O material de vedação comumente usado para VRFB é o material de borracha, que deve ter excelente resistência à corrosão, estabilidade química e elasticidade.

4. Integração da pilha de baterias
Placas bipolares, vedações, estruturas de eletrodos, eletrodos, membranas condutoras de íons, eletrodos, estruturas de eletrodos, vedações, etc. são empilhados juntos para formar uma única célula de VRFB. Várias ou dezenas de células individuais são empilhadas juntas na forma de um filtro-prensa e coletores de corrente e placas finais são instalados em ambos os lados para montar uma pilha de baterias VRFB. O processo de montagem da pilha de baterias é dividido principalmente em duas etapas:

① Posicionamento. Os componentes da pilha de baterias aumentam significativamente com o aumento do número de células individuais. Uma pilha de baterias de 30 kW é geralmente composta por cerca de 50 células individuais e contém centenas de componentes. A montagem desses componentes um por um de acordo com a estrutura de posicionamento pode evitar o desalinhamento para garantir a distribuição uniforme do eletrólito e evitar vazamentos.

② Uniformidade da pressão de montagem. Quando a prensa é pressurizada, o paralelismo da superfície de pressão e da placa final e a velocidade de pressurização são extremamente importantes. Paralelismo deficiente ou velocidade de operação muito rápida causarão deformação da pilha de baterias e até mesmo ejeção de componentes.