臺灣能源期刊發行

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臺灣能源期刊論文全文

臺灣能源期刊第7卷第1期內容

出刊日期：March, 2020

題目
全釩液流電池之反應系統模擬研究
Title
The Study of System Simulation for Vanadium Redox Flow Batteries
作者
周宜欣、顏溪成
Authors
Yi-Sin Chou, Shi-Chern Yen
摘要
全釩液流電池(vanadium redox flow battery, VRFB)為一種深具前景之電能儲存裝置，特別適用於調節與儲存具間歇性的再生能源。開發數學模型描述VRFB之三維多孔電極，進行電池反應之釩離子交叉混和效應。模擬分析VRFB於充電狀態，釩離子交叉混和效應對電壓分布、釩離子濃度分布與離子交換膜電位之影響。經對比電池充電曲線之實驗數據與模擬數值，於充電狀態(state of charge, SOC)為10~80%，模擬值相對於實驗電壓值僅具0.324%誤差，驗證模擬結果之優異擬真性。離子交換膜於正負極兩側之電位差約為1.085 V，負極反應離子轉移至正極電解液之交叉混合通量顯著。模擬結果推定於較高SOC，釩離子交叉混和效應明顯，於80% SOC，V3+與VO2+離子濃度量值上升為無擴散混和效應之1.08與1.29倍，進而推估VRFB長期運轉之電解液體積變化。
關鍵字
全釩液流電池，交互混合通量，電位分布，釩離子濃度分布
Abatract
Vanadium redox flow battery (VRFB) is a promising electrical energy storage device, particularly for use with intermittent-type renewable energies. In this study, a 3D isothermal model for VRFB is developed. The redox reactions in a porous electrode are formulated. The simulation is performed for the state of charge, battery voltage and the ion diffusion phenomenon. The simulated battery charging curve is compared with the experimental results within the SOC range of 10~80% with 0.324% errors with respect to the predicted values. The numerical result is validated against the experiment data. The potential difference is about 1.085 V across the ion-exchange membrane. The simulation results indicate that the vanadium ion cross-mixing effect is significant at higher SOC. With vanadium crossover effects, the concentration of V(III) and V(IV) ions are increased to 1.08 and 1.29 times at 80% SOC. The crossover flux of the negative electrode reactive ions transfer to the positive electrode electrolyte is remarkable. It's useful to estimate the electrolyte volume change after long term cycling.
Keywords
Vanadium Redox Flow Battery, Crossover Flux, Potential Distribution, Vanadium Ion Concentration Distribution.
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