ساخت، توسعه و شبیه‌سازی باتری جریانی اکسایشی کاهشی وانادیومی باهدف ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی

در عصر حاضر، ضرورت ذخیره‌سازی انرژی با توجه به کاربردهای گسترده آن، امری مهم و حیاتی محسوب می‌شود. باتری‌های جریانی اکسایشی کاهشی وانادیومی باقابلیت ذخیره‌سازی انرژی در اندازه‌های کلان، یکی از مهم‌ترین فناوری‌های الکتروشیمیایی به‌روز در جهان به شمار می‌آیند. طراحی خاص این باتری‌ها امکان افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی تا مقدارهای بسیار بالا را فراهم نموده است. ازاین‌رو از این فنّاوری به‌عنوان تامین‌کننده برق شهرها در آینده‌ای نه‌چندان دور یاد می‌شود. در این پژوهش، ساخت، توسعه و شبیه‌سازی باتری جریانی وانادیومی به‌منظور طی کردن گامی مهم در برای دست‌یابی به دانش فنی این فنّاوری امیدبخش ذخیره‌سازی، موردنظر بوده است. در این خصوص نخست ساختار سل طراحی‌شده، معرفی‌شده است و روش انتخاب مواد و آماده‌سازی اولیه باتری برای راه‌اندازی شرح داده‌شده است. از سوی دیگر مدل ریاضی حاکم بر این سامانه ارایه شده است. پس‌ازآن و در گام پسین، بررسی تجربی و عددی عملکرد سامانه با اعتبارسنجی شبیه‌سازی انجام‌شده، دنبال شده است. بررسی و تحلیل عملکرد سیکلی، راندمان سامانه، اثر دانسیته جریان، اثر غلظت الکترولیت، روش توزیع فشار و توزیع سرعت الکترولیت ازجمله دیگر موارد موردتوجه در این پژوهش بوده است. مدل ریاضی ارایه‌شده و شبیه‌سازی انجام‌شده در این پژوهش با مقدار متوسط خطای 4.92% بر داده‌های تجربی چرخه‌های شارژ و تخلیه در دانسیته‌های جریان ma/cm2 40 و ma/cm2 60 منطبق شده است. نتیجه‌های به‌دست‌آمده از عملکرد سیکلی باتری نشان داد که متوسط راندمان کولنی سامانه در دانسیته‌های جریان ma/cm2 40، ma/cm2 50 و ma/cm2 60 به ترتیب برابر 90.25%، 92.45%، و 94.35% بوده است. در غلظت mol/l 1 و شدت جریان ml/min 40، ظرفیت ذخیره‌سازی ma.h  133 با افت فشار pa 2400 به‌دست‌آمده که نشان‌دهنده عملکرد مناسب هیدرودینامیکی و سینتیکی سامانه طراحی‌شده است.

fabrication, development, and simulation of vanadium redox flow battery for electrical energy storage

vanadium redox flow batteries (vrfbs) with large energy storage capability are one of the most important electrochemical technologies in the world. the specific design of these batteries has made it possible to increase the storage capacity to very high values. hence, this technology is referred to as the electricity supplier of cities in the not too distant future. in this article, fabrication, development, and the simulation of vrfbs in order to take an important step towards achieving technical knowledge of this promising storage technology, have been considered. in this regard, first, the designed cell structure was introduced and the method of material selection and initial preparation for the battery startup were described. in addition, the governing equations of the system were presented. then, experimental and numerical investigation of the system performance was followed by simulation validation. evaluation and analysis of cyclic performance, system efficiency, effect of current density, electrolyte concentration, pressure distribution and electrolyte velocity distribution were among other items of interest in the present work. the model predictions were validated with an average error of 4.92% against experimental data of charge and discharge cycles at current densities of 40 and 60 ma/cm2. the results obtained from cyclic performance of the battery clearly indicate that the average coulombic efficiencies of the system at current densities of 40, 50, and 60 ma/cm2 are 90.25%, 92.45%, and 94.35%, respectively. moreover, the storage capacity of 133 ma. h with a pressure drop of 2400 pa were obtained for the electrolyte concentration of 1 mol/l and the volumetric flow rate of 40 ml/min, which indicates the proper hydrodynamic and kinetic performance of the designed system.