(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210573384.0 (22)申请日 2022.05.24 (71)申请人 中国科学院金属研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区文化路 72号 (72)发明人 唐奡　郝欢欢　李瑛　 (74)专利代理 机构 沈阳优普达知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 21234 专利代理师 张志伟 (51)Int.Cl. G01R 31/389(2019.01) G01R 31/367(2019.01) G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓 差极化测算方法 (57)摘要 本发明属于液流电池 领域， 具体为一种适用 于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方 法。 首先采用对称电池结构测量不同电解液流速 下的极限电流密度， 由极限电流密度与局部传质 系数的关系式求出对应流速下的局部传质系数， 进而拟合出局部传质系数与流速的关系式， 最后 将此关系式代入浓差极化公式中， 采用有限元方 法计算出特定条件下电池的浓差极化大小及空 间分布情况。 本发明具有方法简单、 成本低、 易实 施、 可观察浓差极化空间分布特征等优点， 可广 泛应用于各种形式的电极/双极极结构， 各类氧 化还原液流电池， 实用性强。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 115097342 A 2022.09.23 CN 115097342 A 1.一种适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方法， 其特征在于， 碳毡/双 极板结构包括碳毡带有流道、 双极板带有流道、 碳毡/双极板都没有流道； 采用对称电池， 测 量局部传质系数km， 再根据浓差极化公式， 通过有限元模拟计算碳毡电极上浓差极化大小 及空间分布情况。 2.根据权利要求1所述的适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方法， 其特 征在于， 碳毡 /双极板结构中的流道形式包括但不限于蛇形、 指叉或平行。 3.根据权利要求1所述的适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方法， 其特 征在于， 对称电池正负极采用相同的电解液， 即电池正负极具有相同的氧化还原对， 且正负 极电解液流经同一个储液 罐。 4.根据权利要求1所述的适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方法， 其特 征在于， 电池正/负极浓差极化由以下公式计算得到： ηc为浓差极化， 单位V； R为理想气体常数， 单位J/(mol ·K)； T为电解液温度， 单位K； n为 转移电子数目， F为法拉第常数， 单位C/mol； I为局部电流密度， 单位A/m2； km为局部传质系 数， 单位m/s； cr为反应物浓度， 单位mo l/m3。 5.根据权利要求4所述的适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方法， 其特 征在于， 局部传质系数km与电解液流速v密切相关， 通过测量不同流速下的极限电流密度， 再由以下公式： Ilim＝n·F·km·cr 计算获得不同流速 下的局部传质系数， 式中： Ilim为极限电流密度， 单位A /m2； n为转移电 子数目， F为法拉第常数， 单位C/mol； km为局部传质系数， 单位m/s； cr为反应物浓度， 单位 mol/m3； 最后拟合 为以下形式的局部传质系数表达式： km＝avb km为局部传质系数， 单位m/s； v为电解液流速， 单位m/s； a、 b为拟合系数。 6.根据权利要求4所述的适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方法， 其特 征在于， 构建简化的3D有限元电池模 型， 模拟计算碳毡电极上各点的局部电流密度I和反应 物浓度cr。 7.根据权利要求6所述的适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方法， 其特 征在于， 在3D有限元电池模型中利用所述的浓差极化公式， 模拟计算碳毡电极上浓差极化 大小及空间分布情况。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115097342 A 2一种适用于液流电池 碳毡/双极板结构的浓差极化测算方 法 技术领域 [0001]本发明属于液流电池领域， 具体为一种适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差 极化测算方法。 背景技术 [0002]普及应用可再生能源是实现我国碳达峰、 碳中和目标的重要支撑。 风能、 太阳能等 可再生能源具有不连续、 不可控等特点， 严重制约其并网利用。 储能技术由于其可有效解决 大规模可再生能源并入电网带来的不稳定性， 提高电网运行 的安全性、 经济性和灵活性而 成为一种技术发展方向。 [0003]液流电池由于具有安全性好、 储能规模大、 功率和容量可单独调控等优势， 在大规 模储能领域具有很好的应用前景。 液流电池与其他电池相比， 独特 的优势之一是当电池运 行时电解液处于流动状态， 因此离子传输速率更快， 而电解液的流动过程与流场结构密切 相关。 为了充分发挥液流电池的传质速率快的优势， 尽可能减小浓差极化， 提高电池性能， 对液流电池流场结构， 即碳毡 /双极板结构进行优化并测算优化前后的浓差极化尤为重要。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供一种适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方 法， 通过由带有流道或不带流道的碳毡/双极板结构组装的对称电池， 测算出传质系数， 进 而采用有限元方法计算出特定条件下电池的浓差极化大小及空间分布情况， 可简单快速测 算出浓差极化及其空间分布。 [0005]本发明的技 术方案是： [0006]一种适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方法， 碳毡/双极板结构包 括碳毡带有流道、 双极板带有流道、 碳毡/双极板都没有流道； 采用对称电池， 测量局部传质 系数km， 再根据浓差极化公式， 通过有限元模拟计算碳毡电极上浓差极化大小及空间分布 情况。 [0007]所述的适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方法， 碳毡/双极板结构 中的流道形式包括但不限于蛇形、 指叉或平行。 [0008]所述的适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方法， 对称电池正负极 采用相同的电解液， 即电池正负极具有相同的氧化还原对， 且正负极电解液流经同一个储 液罐。 [0009]所述的适用于液流电池碳毡/双极板结构的浓差极化测算方法， 电池正/负极浓差 极化由以下公式计算得到： [0010] [0011]ηc为浓差极化， 单位V； R为理想气体常数， 单位J/(mol ·K)； T为电解液温度， 单位 K； n为转移电子数目， F为法拉第常数， 单位C/mol； I为局部电流密度， 单位A/m2； km为局部传说　明　书 1/4 页 3 CN 115097342 A 3