流通型水性有机氧化还原流电池的流场设计与可视化

项目概述

水性有机氧化还原流电池（AORFBs）利用水溶性有机电解质的可逆氧化还原反应来储存电力，已成为一种有前景的电化学能量储存技术。有机电解质的电子转移速率较无机或有机金属快两到三个数量级;因此，它们在电极上的性能受质量传输限制。直接采用传统电池堆栈，采用为无机电解质设计的流场，可能因严重的电池极化而影响AORFB的性能。本文报告基于三维多物理模拟设计的流通型AORFB流场，以实现多孔电极内电解质流动和流动增强的均匀分布。电解质流动通过闭孔成像可视化。我们的结果表明，入口处的多级分配流通道和出口处的点接触块是流场的重要几何优势，显著降低局部浓度过电位。原型pH中性TEMPTMA/MV电池在1.5米处组装并采用优化流场，峰值功率密度为267.3毫瓦−2.流场设计使电池在最高300毫安厘米的电流密度下充电−2这在传统的蛇形流场中无法实现，因为在蛇形流场中，电池会立即切断电压。我们的结果凸显了AORFB电池堆栈工程的重要性，并为电解液流动可视化提供了一种方法，这对水流电池领域极具吸引力。