DC and AC characterization of a Vanadium Redox Flow Battery (VRFB) using a Pinflow 20 cm² test lab cell
Aplikace | 2021 | BioLogicInstrumentace
Redoxní tokové baterie Vanadium Redox Flow Battery se vyznačují oddělením skladování a konverze energie, což umožňuje nezávislé škálování kapacity (velikost nádrží) a výkonu (počet a plocha článků). Díky nízkým dlouhodobým nákladům na skladování a stabilitě vanadiových redoxních párů představují perspektivní řešení pro akumulaci obnovitelné energie.
Cílem práce bylo detailně elektrochemicky charakterizovat laboratorní VRFB článek s aktivní plochou 20 cm2 pomocí DC galvanostatických cyklů a AC elektrochemické impedanční spektroskopie (EIS). Studie hodnotila účinnost, kapacitní retenci a vliv stavu nabití a průtoku elektrolytu na vnitřní procesy článku.
Galvanostatické nabíjení proudem 3 A a cyklování ±3 A ukázalo coulombickou účinnost 96,5–97,5 % a úbytek kapacity přibližně 4,2 mAh na cyklus po 71 cyklech. EIS spektra kolem OCV odhalila významnou změnu nízkofrekvenční složky (difuzní element Wδ) v závislosti na stavu nabití (−50 % až +50 % SoC) a rychlosti průtoku. Difuzní časová konstanta klesala téměř lineárně s rostoucím průtokem, což potvrzuje vliv vázané difuze v porézním elektrokrystalickém feltu.
Očekává se integrace online EIS monitoringu pro predikci životnosti článků a zavádění pokročilých datových algoritmů. Dále budou probíhat práce na nových membránách, zvýšení proudových hustot a začlenění VRFB do chytrých sítí pro vyrovnávání výkonu obnovitelných zdrojů.
Prezentované výsledky potvrzují vysokou účinnost, stabilitu a cyklickou odolnost VRFB článku. Kombinace DC cyklování a EIS poskytuje hluboký vhled do elektrochemických procesů a podporuje optimalizaci konstrukce a provozu redoxních tokových baterií.
Elektrochemie
ZaměřeníMateriálová analýza, Průmysl a chemie
VýrobceBioLogic
Souhrn
Význam tématu
Redoxní tokové baterie Vanadium Redox Flow Battery se vyznačují oddělením skladování a konverze energie, což umožňuje nezávislé škálování kapacity (velikost nádrží) a výkonu (počet a plocha článků). Díky nízkým dlouhodobým nákladům na skladování a stabilitě vanadiových redoxních párů představují perspektivní řešení pro akumulaci obnovitelné energie.
Cíle a přehled studie
Cílem práce bylo detailně elektrochemicky charakterizovat laboratorní VRFB článek s aktivní plochou 20 cm2 pomocí DC galvanostatických cyklů a AC elektrochemické impedanční spektroskopie (EIS). Studie hodnotila účinnost, kapacitní retenci a vliv stavu nabití a průtoku elektrolytu na vnitřní procesy článku.
Použitá metodika a instrumentace
- Testovací modul Pinflow 20 cm2 s grafitovými filty a membránou Nafion 115
- BioLogic BCS-815 pro galvano-statické přednabíjení a dlouhodobé cyklování
- BioLogic VSP-300 pro EIS měření
- Software BT-Lab a EC-Lab pro řízení experimentů a vyhodnocení dat
- Průtok elektrolytu 20–120 mL·min-1 při 25 °C, dusíkem deoxygenace anolytu
Hlavní výsledky a diskuse
Galvanostatické nabíjení proudem 3 A a cyklování ±3 A ukázalo coulombickou účinnost 96,5–97,5 % a úbytek kapacity přibližně 4,2 mAh na cyklus po 71 cyklech. EIS spektra kolem OCV odhalila významnou změnu nízkofrekvenční složky (difuzní element Wδ) v závislosti na stavu nabití (−50 % až +50 % SoC) a rychlosti průtoku. Difuzní časová konstanta klesala téměř lineárně s rostoucím průtokem, což potvrzuje vliv vázané difuze v porézním elektrokrystalickém feltu.
Přínosy a praktické využití metody
- Komplexní postup pro optimalizaci provozních parametrů VRFB
- Možnost sledování stavu nabití a degradace elektrolytů pomocí EIS
- Nástroj pro vývoj a kontrolu kvality průmyslových článků
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se integrace online EIS monitoringu pro predikci životnosti článků a zavádění pokročilých datových algoritmů. Dále budou probíhat práce na nových membránách, zvýšení proudových hustot a začlenění VRFB do chytrých sítí pro vyrovnávání výkonu obnovitelných zdrojů.
Závěr
Prezentované výsledky potvrzují vysokou účinnost, stabilitu a cyklickou odolnost VRFB článku. Kombinace DC cyklování a EIS poskytuje hluboký vhled do elektrochemických procesů a podporuje optimalizaci konstrukce a provozu redoxních tokových baterií.
Reference
- J Noack N Roznyatovskaya C Menictas M Skylla-Kazacos Redox flow batteries for renewable energy storage pv-tech org 2019
- P Mazúr J Mrlik J Pocedic J Vrána J Dundalek J Kosek T Bystron J Power Sources 414 2019 354
- P Mazúr J Mrlik J Charvát J Pocedic J Vrána J Dundalek J Kosek MethodsX 6 2019 534
- Application Note 66 EIS measurements on a RDE Part I Determination of a diffusion coefficient using the new element Winf
- Application Note 62 How to measure the internal resistance of a battery using EIS
- BioLogic learning center topic ZSim and ZFit IV The effect of high frequency inductance
- G Barral S Maximovitch C Montella J App Electrochem 21 1991 991
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Determination of the diffusion coefficient of an inserted species in a host electrode with EIS, PITT and GITT techniques
2021|BioLogic|Aplikace
EC-Lab – Application Note #70 06/2021 Last revised 06/2021 Determination of the diffusion coefficient of an inserted species in a host electrode with EIS, PITT and GITT techniques I. With 𝐽〈Li〉 the diffusion flux of 〈Li〉. Introduction The main electrochemical…
Klíčová slova
diffusion, diffusionohmic, ohmicpitt, pittbcs, bcseis, eisinsertion, insertiondummy, dummygitt, gitttokin, tokinsupercap, supercap𝑅d, 𝑅d𝑍𝑓c, 𝑍𝑓cresistance, resistanceimpedance, impedancesupercapacitor
BATTERY CYCLERS BCS-900/BT-Lab® Suite
2023|BioLogic|Brožury a specifikace
BATTERY CYCLERS BCS-900/BT-Lab® Suite. The best combined performance and user experience Charge ahead with battery innovation From research to industry Throughout the full battery value chain every single component must be thoroughly tested: electrodes, binder, separator, electrolyte, all the way…
Klíčová slova
battery, batterybiologic, biologictest, testvariables, variablesdut, duteis, eischannels, channelstests, testsdata, dataplans, plansbest, bestresearch, researchaccess, accessget, getcell
HCP-1005 HIGH CURRENT POTENTIOSTAT/GALVANOSTAT/EIS
2014|BioLogic|Brožury a specifikace
EC-Lab products HIGH CURRENT POTENTIOSTAT/GALVANOSTAT/EIS HCP-1005 High Current Potentiostat... ... specially focused on battery testing! APPLICATIONS Li-ion Ni-Cd Ni-MH HCP-1005 The investment in new energy sources is growing with the announced lack of oil and emerging nations using vehicles. Research…
Klíčová slova
eis, eiscurrent, currentinputs, inputsgalvanostat, galvanostatpotentiostat, potentiostatimpedance, impedancecoulombic, coulombicrise, riseboard, boardohm, ohmbooster, boostermaximum, maximumlab, labttl, ttlaccuracy
Instruments for All Solid-State Batteries
|BioLogic|Brožury a specifikace
Instruments for All Solid-State Batteries. A comprehensive solution to empower innovation BioLogic empowers All Solid-State Battery innovation at every stage The transition from liquid to solid electrolytes introduces its own set of challenges: • Reduced conductivity of lithium ceramics, polymers,…
Klíčová slova
biologic, biologicclimate, climatecells, cellschamber, chambercycler, cyclerpotentiostats, potentiostatsshift, shiftsubsidiary, subsidiarybattery, batterymanagement, managementoffices, officescell, cellfull, fullaging, agingsingapore