“碳達峰、碳中和”對能源轉(zhuǎn)型的要求為我國能源行業(yè)帶來了利好，同時也伴隨著挑戰(zhàn)

。其中，發(fā)展儲能成為實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑之一

。儲能技術(shù)有物理儲能、化學(xué)儲能和電磁儲能等

。全釩液流電池(all-vanadium liquid flow battery)作為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ幕瘜W(xué)儲能方式，具有安全環(huán)保、使用壽命長、容量單元和功率單元可靈活配比等優(yōu)點

，已經(jīng)被應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電儲能配套和熱電儲能等項目中

。

全釩液流電池的開路電壓是電池測試中的重要參數(shù)之一，其變化直接決定電池性能

，探索電池開路電壓變化過程對于闡述全釩液流電池運行機理、加強系統(tǒng)管理以及調(diào)整能量儲存策略等方面有重要意義。通常，電池在充電結(jié)束后開路電壓的變化主要受內(nèi)阻影響，也意味著可通過開路電壓變化分析電池內(nèi)阻

。本工作以全釩液流電池為研究對象，測試電池在充電結(jié)束擱置階段的開路電壓變化。

1 實驗材料和方法

1.1 電池材料

電池組裝使用全氟磺酸質(zhì)子交換膜作為隔膜，炭氈作為電極，電極面積為48 cm

(尺寸為6 cm×8 cm)，硬質(zhì)石墨板作為集流板，在隔膜、電極框和集流板間通過硅膠墊密封。

實驗室是高校進行實驗教學(xué)的重要基地，為高校的實驗教學(xué)提供了重要場所。學(xué)生通過實驗教學(xué)能夠提高自己的實驗?zāi)芰Γ钊氲貙⒗碚摵蛯嶒炏嘟Y(jié)合，更容易培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。實驗教學(xué)儀器是實驗室必不可少的物品，也是實驗教學(xué)的基礎(chǔ)設(shè)備，所以，加強實驗教學(xué)儀器設(shè)備的管理對提高教學(xué)質(zhì)量有著重要意義。

1.2 系統(tǒng)材料

電解液使用大連博融新材料有限公司提供的硫酸體系電解液，電解液釩濃度約為1.65 mol/L，實驗用正負極電解液體積相同，分別儲存于正負極儲液瓶中，通過磁力泵和導(dǎo)液管實現(xiàn)電解液在電池和儲液瓶中循環(huán)流動。

—

點是電壓緩慢上升的過程，這是因為電池循環(huán)出的電解液與儲液瓶內(nèi)的電解液在儲液瓶中逐漸混合，混合后的正負極電解液的電勢差會高于此時電池內(nèi)的電解液，隨著磁力循環(huán)泵運轉(zhuǎn)，電池開路電壓會上升，在循環(huán)過程中，電池內(nèi)電解液與儲液瓶內(nèi)電解液逐漸平衡，在完全平衡時電池開路電壓達到極值點

點。圖2中，電壓短時間內(nèi)最低點

點和平衡時的極值點

點的數(shù)據(jù)見表1。可以看到，電解液體積為100 mL 時，電池內(nèi)電解液占比25%(由于電池內(nèi)炭氈具有親水性，可存留約25 mL 電解液)，電壓緩慢上升過程用時95 s，電壓上升幅度為5.3 mV；電解液體積為175 mL 時，電池內(nèi)電解液占比14.3%，電壓緩慢上升過程用時156 s，電壓上升幅度為3.2 mV；電解液體積為250 mL 時，電池內(nèi)電解液占比10%，電壓緩慢上升過程用時278 s，電壓上升幅度為2.8 mV。隨電池正負極電解液體積增多，電池內(nèi)電解液體積占比降低，儲液瓶內(nèi)電解液體積占比增大，從電池循環(huán)出固定體積的電解液需要與儲液瓶內(nèi)更多體積的電解液混合均勻，該混合均勻的過程變長，導(dǎo)致電池開路電壓緩慢上升過程延長。此外，隨電池正負極電解液體積增多，電池內(nèi)電解液體積占比降低，儲液瓶內(nèi)電解液體積占比增大，這也會導(dǎo)致電池循環(huán)出的電解液與儲液瓶電解液混合后的電解液狀態(tài)更接近此時電池內(nèi)，因此電池開路電壓上升幅度減小。

由于所使用電池的電極面積較大、磁力泵及導(dǎo)液管中會存留部分電解液，電解液體積高于85 mL時才能保證電解液在電池和儲液瓶內(nèi)流動。為研究電解液體積對全釩液流電池在充電結(jié)束擱置階段開路電壓的影響，本工作選用100 mL、175 mL 和250 mL三種電解液體積進行實驗。

1.3 電池充電擱置

—

點發(fā)生電壓躍變主要是由歐姆極化和電化學(xué)極化引起，歐姆極化是由電極材料、電解液、隔膜、石墨板電阻及各部分的接觸電阻引起，電化學(xué)極化是由正負極電化學(xué)反應(yīng)速度低于電子運動速度引起

，歐姆極化和電化學(xué)極化可在極短時間內(nèi)完成，在電流消失瞬間便可引起電池開路電壓躍降。本文中的

點是電壓變化曲線沿橫坐標剛好有斜率的點，約為擱置1 s 時。在電流消失瞬間，理論上歐姆極化和電化學(xué)極化不變，根據(jù)表1 結(jié)果，電解液體積為100 mL、175 mL 和250 mL 三組電池的歐姆極化和電化學(xué)極化引起的電壓躍降基本一致，說明歐姆極化與電化學(xué)極化的總值基本相同。

2 結(jié)果與討論

從三爹進入我們家的第一天起，我就把他看做我們的父親了。我的三爹為人忠厚老實，總是勤勤懇懇、任勞任怨，我有時為了讓他開心，在家的時候總是和他一起掰手腕，有時是我贏了，有時是他贏了，但更重要的是，我們一起享受著父子間最純粹的親情。這樣的幸福跟當時的窮困是沒有關(guān)系的。

將電池集流板連接新威充放電儀(CT-4008-5 V 20 A)在電流密度為80 mA/cm

下進行恒流充電，電池測試平臺如圖1所示。當充電至電池電壓為1.55 V 后

，進行10 min 的擱置工步，通過充放電儀記錄電池開路電壓變化，數(shù)據(jù)記錄頻率為0.5 s/點。

—

點是電壓趨于穩(wěn)定的過程，不再受內(nèi)阻影響。

至于公攤測繪里的“貓膩”，吳永輝表示，測繪單位一般按照“誰使用，誰分攤”原則計算公攤面積，基本交由開發(fā)商指認，而業(yè)主不具備專業(yè)知識，雙方信息嚴重不對等。

圖2是不同電解液體積的全釩液流電池在充電結(jié)束瞬間擱置過程的開路電壓曲線。可以看到，全釩液流電池實際的開路電壓變化與非液流體系電化學(xué)儲能電池

有所不同，全釩液流電池充電停止進行擱置時，在瞬間發(fā)生電壓躍變(

—

點)，隨后開路電壓出現(xiàn)緩慢下降(

—

點)、緩慢上升(

—

點)和趨于穩(wěn)定(

—

點)過程。由于電解液中不可避免地含有少量雜質(zhì)元素，電池在充電結(jié)束會存在自放電現(xiàn)象，但由于擱置時間較短，電池自放電極小，以下分析中忽略其影響。圖2中曲線對應(yīng)點的數(shù)據(jù)見表1。

—

點電壓緩慢下降主要是由電池濃差極化引起，濃差極化是由離子的傳輸速度低于電化學(xué)(電極/電解液)反應(yīng)速度引起

，響應(yīng)速度為秒級。此外，

—

點還有另外一個因素影響，是由儲液瓶與電池內(nèi)電解液荷電狀態(tài)不同引起的，圖3是電池工作示意圖，在電流加載撤銷瞬間，電池內(nèi)的電解液相對于儲液瓶內(nèi)電解液的充電時間更長，正負極儲液瓶內(nèi)電解液的電勢差相比于電池內(nèi)自然也較低，隨磁力循環(huán)泵作用，電池內(nèi)正負極電解液逐漸循環(huán)至儲液瓶中，儲液瓶內(nèi)電解液循環(huán)至電池中，這個過程也會引起電池開路電壓降低。當電池內(nèi)電解液全部循環(huán)至儲液瓶時，即電池內(nèi)充滿原本在儲液瓶內(nèi)的電解液時，電池電壓降至最低點(

點)。

為探索電解液流量對全釩液流電池開路電壓變化的影響，選用MP-10RN 和MP-15R 兩種型號的磁力泵進行實驗，兩種型號磁力泵的入口和出口直徑一致，可保證電解液流量是實驗中唯一變量。本實驗所用的全釩電解液在兩種磁力泵作用下通過電池的回液流量分別為22 mL/min 和35 mL/min。全釩液流電池在充電結(jié)束瞬間關(guān)閉磁力泵，全釩電解液停止流動，此時全釩液流電池內(nèi)電解液靜止，電解液流量為0 mL/min，理論上相當于非液流電池。

全釩液流電池在充電結(jié)束后，電解液流量在0 mL/min、22 mL/min 和35 mL/min 的擱置過程電壓變化曲線如圖4所示。當電解液流量為0 mL/min時，全釩液流電池開路電壓變化主要由瞬間電壓躍變(

—

點)、緩慢下降(

—

點)和趨于穩(wěn)定(

—

點)三個階段組成，沒有開路電壓緩慢上升過程，這種電壓變化與非液流電池相同

，可見在充電結(jié)束瞬間關(guān)閉磁力泵停止電解液的相對流動，全釩液流電池的電壓變化便與非液流電池相同，側(cè)面說明開路電壓緩慢上升是由于電解液在電池和儲液瓶間流動，進一步驗證了前面的分析。電解液流量為22 mL/min 和35 mL/min 時

點和

點數(shù)據(jù)見表2，流量為22 mL/min時，電池濃差極化引起開路電壓緩慢下降用時52 s，下降幅度34.9 mV，隨后的緩慢上升過程用時95 s，緩慢上升幅度為5.3 mV；流量為35 mL/min時，電池濃差極化引起開路電壓緩慢下降用時28 s，下降幅度為24.9 mV，隨后的緩慢上升過程用時71 s，緩慢上升幅度為4.7 mV。隨著電解液流量的增加，電池開路電壓緩慢下降過程越短，下降幅度越??；電池開路電壓緩慢上升過程越短，上升幅度越小。

凍豬皮→解凍→清洗→煮制→去毛→分切整形→泡制→調(diào)味→添加乳酸鏈球菌素、茶多酚及植酸→真空包裝→貯藏。

3 結(jié) 論

全釩液流電池在充電結(jié)束擱置階段的開路電壓變化是一個相對復(fù)雜的過程，主要由以下四個過程組成：由歐姆內(nèi)阻和電化學(xué)極化內(nèi)阻引起的開路電壓躍降，由濃差極化內(nèi)阻引起的開路電壓緩慢下降，儲液瓶/電池內(nèi)電解液荷電狀態(tài)不同引起的開路電壓緩慢上升和趨于穩(wěn)定。電池內(nèi)阻、電池內(nèi)電解液體積占比和電解液流量均是影響開路電壓變化的重要因素。其中，開路電壓緩慢上升過程是全釩液流電池在充電結(jié)束擱置階段的重要特征，與全釩液流電池內(nèi)電解液體積占比和流量有關(guān)。電解液體積越多，電池內(nèi)電解液體積占比越小，電池開路電壓緩慢上升過程越長，電壓上升幅度越小。全釩液流電池內(nèi)電解液體積占比在10%以上時，能夠觀察到開路電壓緩慢上升的過程。電解液流量為35 mL/min時，濃差極化引起全釩液流電池開路電壓降低的影響最小，開路電壓緩慢下降和緩慢上升過程最短，上升幅度最小，是實驗最優(yōu)的流量選擇。

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