Procédés pour améliorer les performances à basse température des batteries à flux

Procédés pour améliorer les performances à basse température des batteries à flux

L'efficacité des batteries à flux liquide sera considérablement réduite à basse température, et les ions vanadium divalents précipiteront dans les électrolytes de vanadium à basse température, affectant sérieusement les performances et la durée de vie de la batterie. Les principaux facteurs provoquant de mauvaises performances des batteries à flux liquide à basse température sont :

1. À basse température, la viscosité de l'électrolyte augmente, entraînant une conductivité réduite ;

2. À basse température, l'impédance de transfert de charge à l'interface électrode/diaphragme augmente ;
À basse température, le taux de migration des substances actives dans l'électrolyte diminue et la polarisation de l'électrode augmente.
Des méthodes efficaces pour améliorer les performances à basse température des batteries à flux sont proposées principalement du point de vue des électrodes, des électrolytes et des paramètres de fonctionnement.

1. Électrodes

En tant que site de réaction des substances actives, l'activité, la conductivité, la compressibilité, la porosité, la perméabilité et d'autres paramètres de performance de l'électrode sont directement liés aux performances de la pile. Parmi eux, l’activité de l’électrode est la plus affectée par la température. Dans les batteries à flux de vanadium, la faible activité de l'électrode négative est le principal facteur limitant l'amélioration ultérieure des performances des batteries à flux de vanadium. À l'heure actuelle, la plupart des électrodes de batterie à flux utilisent du feutre de graphite comme électrodes. Le feutre graphite est un matériau poreux.

En tant qu'électrode, il peut augmenter la surface spécifique de l'électrode et peut également être utilisé comme couche de diffusion. Le feutre de graphite ordinaire a une faible activité d’électrode. Même après un traitement à haute température, l’activité de l’électrode ne peut pas être correctement exercée. À l'heure actuelle, les principaux travaux de recherche se concentrent sur la modification et la modification des électrodes, en particulier l'activité de l'électrode négative doit être améliorée.

Le principal moyen d’améliorer l’activité électrochimique des matériaux d’électrodes négatives à basse température consiste à modifier les électrodes. Les électrodes sont modifiées avec des catalyseurs (tels que les nanofils TiN, TiC, MnO2, OTiB2, TixOy), et l'activité des électrodes est améliorée par revêtement de surface et dépôt sur les électrodes, ce qui réduit la polarisation électrochimique de la batterie et les réactions secondaires de la batterie. batterie en fin de charge et de décharge.

2. Électrolyte

En tant que lieu de stockage des substances actives dans les batteries à flux, l'électrolyte est l'unité de capacité des batteries à flux. La conductivité de l'électrolyte augmente avec l'augmentation de la température et la viscosité diminue avec l'augmentation de la température. Les performances globales de la batterie peuvent être optimisées en augmentant l'état de valence global de l'électrolyte et en augmentant le volume de l'électrolyte d'électrode négative. Voir l'influence de l'état de l'électrolyte de l'électrode négative de la batterie à flux sur les performances de la batterie.

Pour les électrolytes de batterie au vanadium, l'électrolyte d'électrode négative est facile à précipiter à basse température, la stabilité de l'électrolyte d'électrode négative est mauvaise à basse température, et la viscosité augmente et la conductivité diminue. À l’heure actuelle, les principaux moyens d’améliorer les performances à basse température grâce aux électrolytes sont :

1) Optimiser la composition du solvant, en optimisant le rapport de concentration en ions acide sulfurique-vanadium, pour améliorer la stabilité de l'électrolyte de l'électrode négative à basse température ;
2) Développement d'électrolytes acides mixtes, tels que les électrolytes de vanadium du système acide chlorhydrique-acide sulfurique.
3) Les additifs, tels que les sels inorganiques, les acides organiques, etc., par l'intermédiaire d'additifs, détruisent le mécanisme de précipitation/précipitation pour augmenter la barrière de précipitation/précipitation.

3. Paramètres de fonctionnement
Les paramètres de fonctionnement des batteries à flux incluent principalement le mode de charge et de décharge, le débit d'électrolyte, la température, le SOC, etc. Les performances des batteries à flux peuvent être améliorées en ajustant et en optimisant les paramètres de fonctionnement. Par exemple, à la fin de la charge et de la décharge, le débit d'électrolyte est augmenté pour augmenter la capacité de la batterie et l'utilisation de l'électrolyte.

Les principaux moyens d'améliorer les performances des batteries à flux à basses températures en optimisant les paramètres de fonctionnement sont :

1) Augmentez le débit d'électrolyte, augmentez activement la diffusion de l'électrolyte, réduisez la polarisation de concentration de l'électrolyte sur l'électrode, réduisez l'impédance de diffusion et améliorez les performances de la batterie à flux ;

2) Contrôlez le SOC et faites fonctionner la batterie à flux à un SOC faible autant que possible. À basse température, la stabilité de l'électrolyte de l'électrode négative se détériore. En réduisant la concentration d'ions vanadium divalents au niveau de l'électrode négative, le risque de précipitation d'ions vanadium divalents est réduit ;

3) Réduisez la densité de charge et de décharge (puissance). À basse température, les performances électrochimiques diminuent et il existe un risque que la batterie à flux liquide ne puisse pas fonctionner normalement sous une densité élevée. En contrôlant le mode de charge et de décharge, la charge et la décharge à haute puissance (densité) ne sont pas effectuées à basse température. Après un certain temps de fonctionnement, la chaleur générée est utilisée pour augmenter la température avant une charge et une décharge à haute puissance.