全钒液流电池模型的研究

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1、分类号UDC硕士学位论文密级——IIIIInlIIIIIIll[UlIIIIIY2196308全钒液流电池的模型研究ModelingResearchofAllVanadiumRedoxFlowBattery作者姓名：潘建欣学科专业：化学工程与技术学院(系、所)：化学化工学院指导教师：周涛教授论文答辩日期兰窆坠三：篁答辩委员会主席立竺乡中南大学2012年5月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写

2、过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：盎逝日期：型至年三月笪日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。

3、作者签名：邀导师签名酩日期：型年』月笪日中南大学硕士学位论文摘要全钒液流电池(VRS)的模拟和仿真是电池系统设计、放大、控制和优化的基础。根据模型的复杂程度，VRB模型可以分为经验模型、半经验半机理模型和机理模型。本文综述了VRB模型研究的发展。同时，使用暂态边界电压法和电化学交流阻抗法实验研究了VRB单电池，提出并讨论了各自的等效电路模型。实验测试了VRB单电池的电流激励和电压响应关系，利用暂态边界电压法建立了一个全新的等效电路模型。模型参数使用曲线拟合方法求得，具有很高的精度，相对误差达到了lO。3数量级。讨论了充

4、放电过程中电流密度和电解液流率对极化的影响。模型结果表明：充电过程和放电过程的等效欧姆阻抗分别为1．465Q·cm2和1．537Q·cm2。电化学极化随电流密度的增大而增大。反应活性物质持续消耗殆尽引起了电化学极化和浓差极化在充放电过程的末期大幅度的上升。增加电解液体积流率可以在一定的范围内减小电池的极化，提高电池性能。利用模型分析了欧姆极化、电化学极化和浓差极化三种极化，认为欧姆极化是最主要的电压损失部分，可以通过降低欧姆阻抗提高电池的效率。实验研究了VRB单电池的交流阻抗谱，并提出了对应的等效电路模型。模型的精度(

5、chisquare)都达到了10击数量级。模型包含欧姆阻抗、多孔电极双电层的恒相位元、电荷传递阻抗和Warburg阻抗。模拟拟合结果表明：EIS测试下的充电过程和放电过程的等效欧姆阻抗分别为2．316f2·cm2和2．375Q·cm2，比暂态边界电压法得到的结果更大，主要原因是交流阻抗法测试是交流欧姆内阻，而后者测试的是直流欧姆内阻。两种模型在描述极化的电路是类似的。两个模型不仅可以用于电池的性能分析和运行监控，而且可以与发电模块等联立，构成一个发电储能混合系统，实现系统的能量管理的应用。关键词：全钒液流电池，模型，暂

6、态边界电压法，电化学交流阻抗法中南大学硕士学位论文ABSTRACTABSTRACTThemodelingandsimulationofallvanadiumredoxfowbattery(VRB)isthefoundationforthedesign，scale-up，controlandoptimization．AccordingtothecomplexityoftheVRBmodels，theycanbedividedintothreetypes：namelyempiricalmodels，semi—empiric

7、almodelsandtheoreticalones．Inthispaper,theprogressonthestudyeachmodelhasbeenreviewed．Meanwhile，aVRBsinglecellhasbeenexperimentallyinvestigatedbythetransientboundaryvoltagemethodandElectrochemicalImpedanceSpectroscopy(EtS)，twoequivalentcircuitmodelshavebeendevelo

8、pedandanalyzed．TherelationshipofcurrentexcitationandvoltageresponseofaVRBsinglecelliscarriedout，andanewequivalentcircuitmodelispresentedusingthetransientboundaryvolta