Группа ученых из Сколтеха, МГУ и МФТИ разработала математическую модель для электрохимической ячейки ванадиевого проточного аккумулятора (ВПА).
Контейнерный ванадиевый аккумулятор (США) / ©Wikipedia
Полученная модель описывает динамическое поведение ВПА, учитывая переток ионов ванадия через мембрану. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Energy.
Ванадиевый проточный аккумулятор (ВПА) — один из наиболее перспективных накопителей энергии для интеграции с возобновляемыми источниками энергии. Принцип действия ВПА основан на преобразовании электрической энергии в энергию химических реакций, проходящих между солями ванадия.
Проточный аккумулятор отличается от традиционных аккумуляторов тем, что, помимо электрохимической ячейки, в нем используется жидкий электролит, который хранится в отдельных резервуарах и протекает через ячейку при работе аккумулятора. Таким образом, емкость и мощность ВПА могут быть масштабированы независимо друг от друга, что дает большую гибкость при проектировании реальных энергетических установок и позволяет создавать накопители энергии с очень большими мощностью и емкостью.
Кроме того, ванадиевые аккумуляторы служат намного дольше обычных батарей. Сегодня проточные ванадиевые аккумуляторы используют в сопряжении с солнечными батареями и ветряными генераторами энергии, полученная учеными модель поможет отслеживать проблемы, возникающие при работе ванадиевых батарей и расширить область их применения.
Одна из главных проблем, возникающих при работе ванадиевых проточных аккумуляторов, — переток ионов ванадия через мембрану (или кроссовер), что приводит к уменьшению емкости аккумулятора.
Математическая модель, разработанная учеными под руководством профессора Сколтеха Алдо Биски (Aldo Bischi), детально описывает явление кроссовера. Предложенный подход позволяет получить хорошую точность моделирования зарядно-разрядных характеристик аккумулятора (напряжение, емкость, уровень заряда), а также уменьшения емкости, вызванной кроссовером, при этом не требует больших вычислительных затрат.
«Представленная нами модель может быть использована для разработки методов контроля технического состояния аккумулятора, что позволит снизить деградацию показателей ванадиевых проточных аккумуляторов в процессе продолжительной работы», — рассказывает первый автор исследования, аспирант Сколтеха и МФТИ, Михаил Пугач.
