全釩液流電池電解液分布的數值模擬

徐 波，齊 亮，姚克儉，謝曉峰

（1浙江工業大學化學工程與材料學院，綠色化學合成技術國家重點實驗室培育基地，浙江 杭州 310032；2清華大學核能與新能源技術研究院，北京 100084）

全釩液流電池（vanadium redox flow battery，VRFB）以其電池效率高、結構相對簡單、使用壽命長、可深度充放電、單位能量成本低和易于維護等優點，被公認為是最具開發潛力的適用于大規模儲能蓄電的二次綠色化學電池。其廣泛應用于電網調峰、平衡負荷、太陽能發電站和風能發電站的蓄電、大規模光電轉換、不間斷電源和軍用應急電源系統等領域，近些年來受到廣泛關注和研究[1-3]。

前人研究發現，電解液濃度和副反應產生氣泡行為對電池能量密度有重大影響[4-6]。在VRFB體系中，不同價態釩離子的硫酸溶液作為電解液充當電極活性物質，電解液濃度大小會直接影響電池能量密度。電池結構如圖1所示：儲罐中的電解液由泵循環進入電池正負極，通過離子交換膜實現內部電荷的傳遞，完成電池的充放電。正負極電極反應如式（1）、式（2）所示。

圖1 釩電池結構示意圖

全釩液流電池循環充放電性能與電極材料、隔膜結構、雙極板流道和電解液特性息息相關[7-11]。為提高釩電池性能，確保反應物有效地傳輸到多孔電極表面，進而增大反應表面反應物濃度，優化電解液在整個反應區域的均勻分布是保證釩電池高效穩定運行的前提條件[12-15]，尤其是對于大面積電極結構的釩電池尤為重要，不同的流道形式對于電池性能的影響是目前的研究熱點之一。……