بهبود عملکرد هیدرودینامیکی و حرارتی باتری جریانی آلومینیوم هیدروژن پراکسید با افزودن غشای جداکننده آند و کاتد براساس مطالعات تجربی و عددی

باتری آلومینیوم - هیدروژن پراکسید، یک باتری جریانی یک‏بارمصرف است. استفاده از این نوع از باتری‏ها در سامانه‏های زیرسطحی به‏ عنوان یک منبع تامین توان مستقل از هوا (aip) همواره مورد توجه بوده است. هم‌اکنون نیز با توسعۀ استفاده از انواع زیرسطحی‏های سبک و هوشمند و نیاز به افزایش ماندگاری بیشتر در زیرسطح، به این باتری‏ها توجه ویژه شده است. در این مطالعه به‏ صورت عددی و تجربی اثر جداکننده روی باتری آلومینیوم‌ هیدروژن پراکسید بر عملکرد هیدرودینامیکی و حرارتی این باتری بررسی شده است. استفاده از جداکننده به ‏منظور جلوگیری از اتصال کوتاه در باتری، کنترل نرخ خوردگی آلومینیوم و همچنین بهبود عملکرد باتری است. برای شبیه‏سازی عملکرد هیدرودینامیکی و ترموالکتروشیمیایی باتری آلومینیوم‌ هیدروژن پراکسید از نرم‏افزار کامسول استفاده شده است. همچنین، از مدل اغتشاشی k-w برای حل معادلات بقای مومنتوم استفاده شده است. به ‏منظور اعتبارسنجی نتایج عددی، آزمایش‌های تجربی انجام شدند. نتایج عددی تطابق خوبی با نتایج تجربی داشتند. با افزایش جریان به دوبرابر در حالت استفاده از جداکننده، متوسط ولتاژ طی زمان از 1.07 ولت در حالت بدون جداکننده به 0.97 ولت در حالت با جداکننده تغییر کرده است. تغییر ولتاژ حدود 10 درصد بوده است، در حالی ‏که جریان به اندازۀ 100 درصد افزایش یافته است. این امر نشان‏دهندۀ بهبود عملکرد باتری و دریافت توان بالاتر هنگام استفاده از جداکننده است. نتایج تجربی و عددی نشان داد استفاده از جداکننده در باتری آلومینیوم‌ هیدروژن پراکسید به دلیل پیشگیری از تماس مستقیم میان هیدروژن پراکسید و سطح آلومینیوم عملکرد باتری را بهبود می‏دهد.

effect on improving hydrodynamic and thermal performance of primary al-h2o2 flow battery by adding separator membrane among anode and cathode electrodes based on experimental and numerical studies

al-h2o2 battery is a primary flow battery used in underwater systems. these batteries are of interest for air-independent power sources in underwater vehicles. currently, with the development of the use of light and smart underwater vehicles and the need to increase the durability of the submarine, special attention has been paid to these batteries. in this study, the effect of the separator membrance on the al-h2o2 battery on the hydrodynamic and thermal performance of this battery has been investigated numerically and experimentally. the use of the separator is to prevent short circuit in the battery, to control the corrosion rate of aluminum and also to improve the performance of the battery. comsol software has been used to simulate the hydrodynamic and thermoelectrochemical performance of the al-h2o2 battery. also, k-w turbulence model is used to solve momentum conservation equations. in order to validate the numerical results, experimental tests were performed. the numerical results were in good agreement with the experimental results. by increasing the current to two times in the case of using the separator, the average voltage has changed over time from 1.07 v in the case without the separator to 0.97 v in the case with the separator. the voltage change was about 10%, while the current increased by 100%. this indicates improved battery performance and higher power draw when using the separator. experimental and numerical results showed that the use of a separator in the al-h2o2 battery improves the performance of the battery due to the prevention of direct contact between the h2o2 and the aluminum surface.