科学家简化钒液流电池的设计和维护以平衡电网

Josiah02 · 发表于昨天 14:14

斯科尔科沃理工学院的科学家提出了一种模型，该模型有助于钒氧化还原液流电池的设计和运行。这些电池是大型电力存储装置，有望在能源转型中发挥重要作用，中国、德国和美国的公用事业公司已经使用它们来平衡电网的峰值需求。
这项技术（或类似的解决方案）对于广泛采用电动汽车和可再生能源、提高核电站的效率和安全性以及为关键基础设施提供充足的备用电源都是必不可少的。这项研究发表在《电源杂志》上。
“液流电池是一种化学储能技术，与锂离子电池和其他电池并无本质区别。它们的基本成分相同：两个电极和一种称为电解质的介质，用于促进离子的转移。但提供能量的化学反应不是发生在电极上，而是发生在液体电解质中，”该论文的主要作者、Skoltech Energy 的高级研究员 Mikhail Pugach 说道。
“从实用角度来看，液流电池比传统蓄电池更笨重，因此不适合用于便携式设备。尽管如此，它们为电网规模的存储提供了巨大的容量、寿命和适应性。此外，它们可以快速充电，不会造成火灾隐患，并且依赖来自俄罗斯的原材料。而钒相当容易回收，”研究人员补充道。
钒液流电池是公用事业公司用于大规模电力存储的最先进技术。它使能源生产商能够平衡因同时使用空调等引起的电力需求激增。
虽然峰值负荷是一个始终存在的问题，但随着越来越多的司机选择电动汽车并在晚上通勤回家后开始一次性为汽车充电，这一问题可能会变得更加严重。
钒电池还有助于管理可再生能源发电的可变性。该技术非常适合用作数据中心、核电站和其他需要不间断运行的工业设施的备用电源。
“与锂离子电池不同，钒基存储系统可以在多个运行周期内保持几乎不减少的容量。这需要首先进行适当的设计，然后制定合适的维护协议，”Skoltech Energy 的研究科学家 Sergey Parsegov 说道，他是该项目的首席研究员。
“我们研究中提供的模型有两个作用。它可以帮助制造商优化电池中使用的材料，以提高可靠性并减缓容量下降。它还告诉维护存储系统的公司何时以及如何进行维护。这涉及纠正电解质中容易出现的不平衡。”
因此，该模型使得在实际实施钒液流电池时能够利用该技术固有的优势。
据研究人员介绍，他们的方法的主要优势在于，它不需要太多有关模型电池膜的信息。通常，人们必须输入所使用的材料和精确技术以及尺寸。该模型在电池运行过程中逐渐适应电池，直到达到适当的精度。
该模型的核心是对设备中发生的底层物理过程的非常详细的描述。这使得我们能够用最少的输入数据实现高度准确的预测。
普加奇表示： “这个物理模型可以追溯到我和同事根据我在斯科尔科沃科技学院的博士论文项目发布的模型。”
“新模型的与众不同之处在于，我们已将各种膜参数的不确定因素纳入其中。这使得模型能够适应当前的膜条件，并且无需提供有关膜物理特性的详细信息。”
该模型接受一些基本参数，并在短暂的实验过程中使用特殊算法将参数调整为储能系统中的实际值。
此前，斯科尔科沃科技学院的研究人员提出了一种平衡电网负荷的方法，即通过调度温室中的人工照明，以便在电价最低时精准地种植生菜。

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