發(fā)布時間：2022-07-08 13:52

　　液流電池是目前最適用于大規(guī)模儲能的電化學儲能系統(tǒng)之一,在實際應用中通常由眾多的單個電池堆以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接而成,每個電池堆則由數(shù)量繁多、結構各異的組件堆疊并緊固組裝而成。這種堆疊組裝方式以及電池結構使得液流電池具有一些不同于其他電池的特征,例如,由組件之間應力分布不當導致的電池堆漏液特性;由關鍵組件間堆疊緊密程度不同導致的電池接觸內阻以及電極活性反應面積不同等特性。這些表明,由于其特殊的電池結構,液流電池中組件的力學狀態(tài)不僅會影響電池的機械性能以及運行壽命,也會影響電池的電化學性能。因此,針對液流電池的機械失效以及力學對電化學作用機制的研究具有重要意義。本論文以液流電池中的典型代表全釩液流電池作為研究對象,通過建立三維結構力學模型以及力學與電化學三維耦合模型,結合實驗分析,系統(tǒng)地研究了液流電池的力學特性以及電化學特性,特別是電池內組件的力學狀態(tài)對電池機械失效、電池可靠性以及電池電化學性能的影響機制,有助于優(yōu)化全釩液流電池的結構設計以及裝配條件,對提升電池的機械性能、運行壽命以及電池效率起到至關重要的作用。本文針對全釩液流電池的機械失效以及力學對電化學作用機制,展開以下研究:首先,建... 

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 選題背景
    1.2 氧化還原液流電池
    1.3 全釩氧化還原液流電池
        1.3.1 釩電池工作原理
        1.3.2 釩電池的結構
        1.3.3 釩電池的關鍵材料
        1.3.4 釩電池的技術特點
    1.4 釩電池的技術發(fā)展和研究現(xiàn)狀
        1.4.1 釩電池的技術發(fā)展
        1.4.2 釩電池的應用發(fā)展
        1.4.3 釩電池存在的問題和研究現(xiàn)狀
    1.5 電池的機械可靠性及研究進展
        1.5.1 鋰電池的機械失效及分析
        1.5.2 燃料電池的機械失效及分析
        1.5.3 液流電池的機械失效及分析
    1.6 電池的力學對電化學作用機制研究進展
    1.7 論文的研究意義及內容
第2章 釩電池應力分布和材料失效的力學行為數(shù)值分析
    2.1 數(shù)值模型構建
        2.1.1 電池結構
        2.1.2 組件材料以及模型假設
        2.1.3 控制方程
        2.1.4 邊界條件和初始條件
        2.1.5 網(wǎng)格獨立性分析
    2.2 結果與討論
        2.2.1 單電池的力學行為
        2.2.2 多電池電堆
    2.3 小結
第3章 基于力學行為和Weibull統(tǒng)計的釩電池堆失效分析
    3.1 實驗與理論背景
        3.1.1 雙極板及導流板的制備
        3.1.2 機械性能和拉伸試驗
        3.1.3 Weibull統(tǒng)計理論
        3.1.4 失效概率計算
        3.1.5 有限元模型構建
    3.2 結果和討論
        3.2.1 關鍵部件的Weibull統(tǒng)計
        3.2.2 電池堆的力學行為
        3.2.3 20組電池電堆的失效概率
        3.2.4 20組電池加厚板電堆的失效概率
    3.3 小結
第4章 裝配力對釩電池電化學性能及機械可靠性的影響
    4.1 理論模型構建
        4.1.1 力學模型
        4.1.2 機械和電化學模型耦合
        4.1.3 物質傳遞與動力學
    4.2 實驗與理論背景
        4.2.1 接觸內阻的測量
        4.2.2 歐姆內阻和極化
    4.3 結果與討論
        4.3.1 釩電池裝配體中電極的力學行為
        4.3.2 電解液的流動與傳質
        4.3.3 活化極化和濃差極化
        4.3.4 接觸電阻與歐姆極化
        4.3.5 電池電壓和功率密度
    4.4 小結
第5章 結論
展望
參考文獻
附錄A 釩電池端板的力學行為分析
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果



本文編號：3657145