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伊利諾伊大學研究發現液流電池內孔隙結構可預測電池壽命

鉅大LARGE  |  點擊量:121次  |  2020年05月08日  

摘要
氧化還原液流電池是一種用于電化學能量存儲的新興技術,可以幫助增強可再生能源發電的利用率。

氧化還原液流電池是一種用于電化學能量存儲的新興技術,可以幫助增強可再生能源發電的利用率。這些電源本質上是不規則的供應,通常與電網需求不符。原則上,氧化還原液流電池可設計為具有與其額定功率無關的儲能容量。氧化還原活性分子很容易就流動到電極表面,這在確定氧化還原活性分子效率,生成和充電電量以及電池壽命方面起著重要的作用。


在一篇新論文中,伊利諾伊大學工程學院助理教授凱爾·史密斯(KyleSmith)用新理論應對了這些挑戰,以預測流體流動如何影響液流電池中的分子在多孔電極表面反應的能力。


Smith和他的博士生在研究中提出理論,即微觀尺度的反應速率與電極材料的微觀結構有關。他的模型結果使他能夠預測在所謂的瞬態條件下分子的運輸過程,瞬態條件是電池電解質中氧化還原活性分子的濃度隨時間變化?!拔覀冏C明了這些條件與氧化還原液流電池的運行非常相關,氧化還原液流電池會經歷動態充電和放電過程,其中電解質成分會隨時間變化。這與早期的研究相反,早期的研究主要是在穩態的情況下(在時間上是恒定的)考慮了這種影響,”史密斯說?!拔覀円氲睦碚撌沟媚軌蚧陔姌O內部的微觀孔隙結構來預測傳質系數,電解質在其中的電極被充放電。擁有這種功能使我們能夠設計應如何設計此類結構,換句話說,就是如何對其進行設計?!?/p>

Smith的發現影響了許多重要的工程應用,在這些應用中,孔尺度的傳輸很重要,包括水的凈化和脫鹽,工業和車輛尾氣的催化凈化,反應性礦物質的傳輸以及活細胞的生物降解。


這項工作與Alkire通過多尺度仿真改善工程設計的職業研究緊密相關?!斑@本??目傮w目標是解決新工程方法的需求,這是由于分子規模的顯著發現以及海量數據檔案的快速增長所推動的。重點是開發新的設計方法,以將分子尺度的行為與宏觀尺度上的傳統電化學工程設計程序聯系起來。目的是在分子水平上將質量控制嵌入精心設計的產品和過程中?!?/p>

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