邢 枫,张华民,马相坤,王晓丽

(1.中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连 116023；2.大连融科储能技术发展有限公司,辽宁大连 116025)

近年来,大部分研究者致力于液流储能电池关键材料的研究,如电解液、离子交换膜、双极板和电极等,但液流储能电池是一个结构复杂、包含多个过程的耦合系统,电池结构、电池内部反应、传递过程及电流密度分布等对液流储能电池的性能都起着重要作用[1]。

模拟仿真技术已成为研发的一个重要手段。通过建模分析液流储能电池内部传递反应过程,获得实验无法测量的重要参数,可调整设计方案、优化参数、预测各种工况条件下的电池性能,为结构设计和性能优化提供理论指导。

按照模型的复杂程度,液流储能电池数学模型可分为零维、一维及二维模型。本文作者介绍了液流储能电池模拟研究的现状,重点阐述了上述模型及漏电电流模型的特点、研究进展及局限性,综述了液流储能电池模拟常用的商业化软件,并对液流储能电池模拟的发展方向进行了展望。

1 数学模型

1.1 零维模型

零维模型适用于对系统动态时域与频域响应的研究。K.Enomoto等[2]基于电路响应原理,建立了储能用全钒液流电池(VRB)的等效电路模型,利用电路暂态响应原理,剖析VRB暂态行为与电化学反应的关系,研究了等效电阻与电解液荷电状态(SOC)的关系。M.H.Li等[3]建立了动态模型,研究浓度对储能用VRB暂态行为的影响。该模型将化学反应速率与外电路电流联系起来,耦合浓度方程和能斯特方程,并认为钒离子浓度的改变是影响电池系统动态特性的主要因素,优化电解液流量可提高输出电压和延长放电时间,电池系统的频率响应取决于电池与电解液储罐的体积比。……