用于液流电池的 3D 流场拓扑优化
化学物理
2022-06-07 v1
摘要
随着可再生能源发电日益普及，对氧化还原液流电池等高效能储能设备的需求对于可再生能源成功并入电网变得至关重要。氧化还原液流电池的一个重要组件是平面流场，通常由蚀刻在背板上的二维通道组成。当负载反应物的电解液流入液流电池时，流场中的通道将流体分配至整个反应性多孔电极。我们利用拓扑优化设计具有完整三维几何变化的流场，即 3D 流场。具体而言，我们聚焦于钒氧化还原液流电池，并使用优化算法通过最小化电学和流压功率损耗，从标准叉指流场演化生成 3D 流场。为理解这些设计如何提升性能，我们分析电极内反应物浓度和交换电流的极化，以凸显所设计流场如何缓解电极死区的存在。尽管叉指流场可通过调节通道和流道尺寸进行启发式工程以获得高性能，但此类过程可能繁琐；本工作为自动化该设计过程提供了框架。
引用
@article{arxiv.2202.13032,
title = {Topology optimization of 3D flow fields for flow batteries},
author = {Tiras Y. Lin and Sarah E. Baker and Eric B. Duoss and Victor A. Beck},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.13032},
year = {2022}
}