De stapelstructuur van vanadiumstroombatterij

De stapelstructuur van vanadiumstroombatterij

De Vanadium vloeistofstroombatterij energieopslagsysteem bestaat hoofdzakelijk uit een batterijstapel, een elektrolytopslag- en toevoereenheid, een batterijbeheersysteem, een stroomconversiesysteem, een energiebeheersysteem, enz. De batterijstapel is het meest kritische onderdeel van een vanadiumvloeistofstroombatterij (VRFB) en bepaalt de kracht van de VRFB.

1. Basisstructuur

De VRFB-stapel wordt meestal samengesteld uit enkele of tientallen afzonderlijke cellen in de vorm van een filterpers. De belangrijkste componenten zijn onder meer: eindplaten, geleideplaten, stroomcollectoren, bipolaire platen, elektrodeframes, elektroden, ionengeleidingsmembranen en afdichtingsmaterialen. Over het algemeen zijn de afzonderlijke cellen in serie geschakeld, waarbij de positieve en negatieve elektroden tussen twee aangrenzende cellen zijn verbonden door bipolaire platen, en de stroomcollectoren uitgangsspanning aan beide uiteinden van de stapel, waardoor een VRFB-stapel wordt gevormd met een bepaald spanningsniveau. De werkstroom van de stapel wordt bepaald door de werkelijke bedrijfsstroomdichtheid en het elektrodeoppervlak, het aantal afzonderlijke cellen in serie in de stapel bepaalt de uitgangsspanning en het vermogen van de stapel, en de nominale vermogensdichtheid van de stapel wordt bepaald door de nominale werkstroomdichtheid en de spanning van een enkele cel.

2. Verdeling van elektrolyt
Voor VRFB is de stroomverdeling van het elektrolyt in de batterij een sleutelfactor die de prestaties van de batterijstapel beïnvloedt. De elektrolyt stroomt in de inlaatpijpleiding van de batterijstapel, komt de gemeenschappelijke pijpleiding binnen en stroomt één voor één parallel in de zijstroomkanalen in het elektrodeframe van elke afzonderlijke cel, en stroomt vervolgens door de elektrode om deel te nemen aan de elektrochemische reactie. en stroomt vervolgens uit de batterijstapel via het uitlaatstroomkanaal en de gemeenschappelijke pijpleiding. Onder hen is de factor die de grootste invloed heeft op de prestaties van de batterijstapel de elektrolytstroom in de aftakleiding in het elektrodeframe en de elektrode. Als de elektrolyt in de elektrode ongelijkmatig verdeeld is, zal dit een grote concentratiepolarisatie veroorzaken, waardoor de werkstroomdichtheid van de batterijstapel afneemt.

De gemeenschappelijke pijpleiding is verantwoordelijk voor het verbinden van elke batterij in de batterijstapel en speelt de rol van het gelijkmatig verdelen van de elektrolyt over elke batterij. Daarom hebben de selectie van de stroomvorm en het ontwerp van de structurele parameters rechtstreeks invloed op de uniformiteit van de elektrolytverdeling in de elektrode, waardoor de spanningsuniformiteit van de batterijstapel wordt beïnvloed en de prestaties, stabiliteit en levensduur van de batterij verder worden beïnvloed. stapel.

3. Afdichtingsmaterialen en constructies
VRFB maakt gebruik van een ionengeleidend membraan om de elektrolyten aan de positieve en negatieve zijde te scheiden. In de batterijstapel is afdichtingstechnologie nodig om te voorkomen dat de elektrolyten aan de twee zijden elkaar binnendringen, de coulombische efficiëntie en de energieopslagcapaciteit van de batterijstapel te verminderen en de operationele veiligheid te verbeteren. Tegelijkertijd is er ook afdichtingstechnologie nodig om te voorkomen dat de elektrolyt naar de buitenkant van de accustapel lekt. Het algemeen gebruikte afdichtingsmateriaal voor VRFB is rubbermateriaal, dat een uitstekende corrosieweerstand, chemische stabiliteit en elasticiteit moet hebben.

4. Integratie van batterijstapels
Bipolaire platen, afdichtingen, elektrodeframes, elektroden, ionengeleidende membranen, elektroden, elektrodeframes, afdichtingen, enz. worden op elkaar gestapeld om een enkele VRFB-cel te vormen. Verschillende of tientallen afzonderlijke cellen worden op elkaar gestapeld op de manier van een filterpers en stroomafnemers en eindplaten worden aan beide zijden geïnstalleerd om een VRFB-batterijstapel samen te stellen. Het assemblageproces van de batterijstapel bestaat hoofdzakelijk uit twee stappen:

① Positionering. De componenten van de batterijstapel nemen aanzienlijk toe met de toename van het aantal afzonderlijke cellen. Een batterijstapel van 30 kW bestaat gewoonlijk uit ongeveer 50 afzonderlijke cellen en er zijn honderden componenten. Door deze componenten één voor één te assembleren volgens de positioneringsstructuur kan een verkeerde uitlijning worden voorkomen om een uniforme verdeling van de elektrolyt te garanderen en lekkage te voorkomen.

② Uniformiteit van de montagedruk. Wanneer de pers onder druk staat, zijn de parallelliteit van het drukoppervlak en de eindplaat en de druksnelheid uiterst belangrijk. Een slechte parallelliteit of een te hoge rijsnelheid zullen vervorming van de batterijstapel en zelfs het uitwerpen van componenten veroorzaken.