PDF《项目成果报奖公示内容》

而千 瓦级的液流电池由多个单体电池串并联而成,因此流道的结构设计、泵的功率、 流速的调节等参数非常重要.流速过快时,电极反应来不及进行,致使电池容量 无法完全释放;

流速过慢时,会导致过充电或过放电和一系列副反应的产生,直 接影响电池的寿命.作为电堆内物质输运的重要组成部分,离子交换膜的性能优 化值得关注.然而,膜的高电阻、低阻钒性制约着全钒液流电池的商业化、规模 化进程.其根本原因在于缺乏对离子交换膜内离子输运过程的基础理论认知.通 过实验测量结合理论分析,阐明膜内离子选择吸附机理和特点,构建普适的离子 选择吸附机理模型.对比传统模型,该模型不再依赖平衡常数或选择性系数等经 验系数而具有广泛适用性,实现了界面参数的连续性描述,计算准确性得到大幅 提升,解决了以往不能有效捕捉膜特征参数和溶液工况作用规律的难题.在此基 础上,发展了膜内离子输运过程的预测模型,通过修正相关传输系数解决了不同 工况下传输系数数值不统一的问题.进一步,开发了全钒液流电池系统运行的预 测模型,梳理了膜特性参数、 系统运行参数等关键因素对电池性能影响的规律性 认知,为电池系统优化设计提供理论支持和有效工具.通过数值模拟和实际工程 应用,电堆整体结构获得有效改进,提高电池的长期运行稳定性和寿命,提高整 个系统充放电能量效率. 4. 客观评价 1.

2015 年5月16 日,陕西五洲矿业股份有限公司在西安组织召开了 兆瓦 级全钒液流电池储能系统论证会 .特邀许骏教授等

7 名能源与材料领域专家及 陈曦教授团队、陕西有色集团科技部人员等参加了会议. 与会专家对该项目与同 类产品相比,具有生产成本低、系统效率高、可深度放电、储能容量大、循环寿 命长、环境污染小等优良特点,处于同行业领先水平.该项技术符合解决中大型 储能系统的要求,团队具备开发兆瓦级储能系统的能力. 专家一致认为该项技术 可以推广在各行业应用,形成全钒液流电池分布式能源系统生态圈,该项产业对 五洲矿业公司将带了极大的市场需求和经济效益. 2. 同时该项目发表全钒液流电池基础理论研究的 SCI 论文被国内外同行在 Applied Energy,Journal of Membrane Science,和Physical Chemistry Chemical Physics 等杂志进行了重要评述,受到了较广泛的关注和较高的学术评价,产生 了重要的学术影响和社会影响.沈阳中科院金属研究所 Tang Ao 在其发表在 Applied Energy 文章中介绍了我们的 VRFB 模型作为考察膜内离子选择吸附的典 型模型(Typically, Zhao and co-workers developed a series of comprehensive numerical models to study transport phenomena in vanadium flow batteries, such as the ion selective adsorption in membrane) ;

香港城市大学机械及生物医学工程系 Zhao Jiyun 发表在 Applied Energy 文中两次引用以强调膜内钒渗透和电导率对电池性 能的影响(…it can be observed that the membranes which define the crossover rates of four vanadium ions have a fundamental impart to battery including self-reaction, permeability and state of health);

德国克劳斯塔尔理工大学化学与电化学过程工 程研究所 Katharina Schafner 在其发表在 Journal of Membrane Science 文章中大 段介绍了我们关于膜内离子分布与输运的工作内容(Lei et al. reported that an almost linear concentration profile along the membrane exists at low current density and low concentrations (e.g. V2+ in the discharged state). However, the higher the current density or the concentration difference between the half cells is, the less linear the concentration profile becomes. Therefore, the electrolyte composition within the membrane differs greatly depending on the operating conditions.)大连理工大学能源 与动力工程学院海洋能源利用与节能教育部重点实验室 Hao Liang 在其发表在 Journal of the Electrochemical Society 综述文章中介绍并评述了我们关于溶液/膜 界面的描述工作(However, the crossover of ions through the permeable membrane is inevitable, which is also a critical issue associated with VRFB.…Although the interfacial transport through the M/E interfaces has been considered the limitations in these works exist. For example, Ref.