全钒液流电池双螺旋流道顺流与逆流性能分析

摘要

为提高全钒液流电池的能量效率，采用数值模拟对双螺旋流道内电解液呈顺流和逆流流动时电池内部的压力、速度和浓度分布进行了分析。结果表明：流量相同时，逆流流动仅在入口段和出口段压力梯度较大，速度较高，进而引发流动“短路”，使本应完整参与传质的电解液被分流，一部分提前脱离流道排出电极，导致入口段与出口段之外的区域反应物不足，发生较严重的浓差极化，但电解液压降显著低于顺流流动；泵功率相同时，逆流流动的电解液流量更大，提高了电池内部的电解液流速，改善了浓度分布均匀性，使逆流流动的均匀系数比顺流流动高0.40%～1.40%、能量效率高0.16%～2.52%，且低泵功率时逆流流动的优势更为显著，这说明流量增大带来的性能提升大于“短路”带来的性能衰减。该设计思路为液流电池流道设计提供了参考。

关键词

全钒液流电池 / 数值模拟 / 能量效率 / 流道 / 双螺旋

基金资助

鄂尔多斯市国家可持续发展议程创新示范区建设科技支撑（KCX2024007）; 鄂尔多斯市重点研发计划（YF20240015）; 鄂尔多斯市科技“突围”工程“揭榜挂帅”重大项目（JB20251428）