La structure de pile de la batterie à flux de vanadium

La structure de pile de la batterie à flux de vanadium

Le système de stockage d'énergie par batterie à flux liquide au vanadium est principalement composé d'une pile de batteries, d'une unité de stockage et d'alimentation en électrolyte, d'un système de gestion de batterie, d'un système de conversion de puissance, d'un système de gestion d'énergie, etc. La pile de batteries est le composant le plus critique d'une batterie à flux liquide au vanadium (VRFB) et détermine la puissance du VRFB.

1. Structure de base

Le Pile VRFB est généralement assemblé à partir de plusieurs ou de dizaines de cellules individuelles sous la forme d’un filtre-presse. Ses principaux composants comprennent : des plaques d'extrémité, des plaques de guidage, des collecteurs de courant, des plaques bipolaires, des cadres d'électrodes, des électrodes, des membranes de conduction ionique et des matériaux d'étanchéité. Généralement, les cellules uniques sont connectées en série, les électrodes positives et négatives entre deux cellules adjacentes étant connectées par des plaques bipolaires, et les collecteurs de courant produisent une tension aux deux extrémités de la pile, formant ainsi une pile VRFB avec un certain niveau de tension. Le courant de fonctionnement de la pile est déterminé par la densité de courant de fonctionnement réelle et la surface de l'électrode, le nombre de cellules individuelles en série dans la pile détermine la tension de sortie et la puissance de la pile, et la densité de puissance nominale de la pile est déterminée par le densité de courant de travail nominale et la tension d'une seule cellule.

2. Distribution de l'électrolyte
Pour VRFB, la répartition du flux d’électrolyte à l’intérieur de la batterie est un facteur clé affectant les performances de la pile. L'électrolyte s'écoule dans le pipeline d'entrée de la pile de batteries, entre dans le pipeline commun et s'écoule dans les canaux d'écoulement de dérivation dans le cadre d'électrode de chaque cellule en parallèle un par un, puis s'écoule à travers l'électrode pour participer à la réaction électrochimique, puis s'écoule hors de la pile de batteries à travers le canal d'écoulement de dérivation de sortie et le pipeline commun. Parmi eux, le facteur qui a le plus grand impact sur les performances de la pile est le flux d’électrolyte dans le pipeline de dérivation dans le cadre d’électrode et l’électrode. Si l'électrolyte dans l'électrode est inégalement réparti, cela produira une polarisation à forte concentration, réduisant ainsi la densité de courant de fonctionnement de la pile.

Le pipeline commun est chargé de connecter chaque batterie dans la pile de batteries et joue le rôle de répartition uniforme de l'électrolyte dans chaque batterie. Par conséquent, la sélection de sa forme d'écoulement et la conception de ses paramètres structurels affectent directement l'uniformité de la distribution de l'électrolyte dans l'électrode, affectant ainsi l'uniformité de la tension de la pile et affectant en outre les performances, la stabilité et la durée de vie de la batterie. empiler.

3. Matériaux et structures d'étanchéité
Le VRFB utilise une membrane conductrice d'ions pour séparer les électrolytes des côtés positif et négatif. Une technologie d'étanchéité est requise dans la pile de batteries pour empêcher les électrolytes des deux côtés de se pénétrer, réduire l'efficacité coulombienne et la capacité de stockage d'énergie de la pile de batteries et améliorer la sécurité de fonctionnement. Dans le même temps, une technologie d’étanchéité est également nécessaire pour empêcher l’électrolyte de fuir vers l’extérieur de la pile. Le matériau d’étanchéité couramment utilisé pour le VRFB est le caoutchouc, qui doit présenter une excellente résistance à la corrosion, une excellente stabilité chimique et une excellente élasticité.

4. Intégration de la pile de batteries
Des plaques bipolaires, des joints, des cadres d'électrodes, des électrodes, des membranes conductrices d'ions, des électrodes, des cadres d'électrodes, des joints, etc. sont empilés ensemble pour former une seule cellule de VRFB. Plusieurs ou des dizaines de cellules individuelles sont empilées à la manière d'un filtre-presse et des collecteurs de courant et des plaques d'extrémité sont installés des deux côtés pour assembler une pile de batteries VRFB. Le processus d’assemblage de la pile de batteries est principalement divisé en deux étapes :

① Positionnement. Les composants de la pile augmentent considérablement avec l’augmentation du nombre de cellules individuelles. Une pile de batteries de 30 kW est généralement composée d’environ 50 cellules individuelles et de centaines de composants. L'assemblage de ces composants un par un selon la structure de positionnement peut éviter un désalignement pour assurer une distribution uniforme de l'électrolyte et éviter les fuites.

② Uniformité de la pression d'assemblage. Lorsque la presse est sous pression, le parallélisme de la surface de pression et du plateau d'extrémité ainsi que la vitesse de pressurisation sont extrêmement importants. Un mauvais parallélisme ou une vitesse de fonctionnement trop rapide entraîneront une déformation de la pile et même l'éjection de composants.