Mathematical Model to Study Vanadium Ion Crossover in an All-Vanadium Redox Flow Battery

流动电池 过电位 氧化还原 离子 渡线 等温过程 离子交换 化学 电化学 材料科学 电池(电) 无机化学 电解质 热力学 电极 物理化学 有机化学 功率(物理) 人工智能 物理 计算机科学
作者
Yi-Sin Chou,Shi‐Chern Yen,Amornchai Arpornwichanop,Bhupendra Singh,Yong‐Song Chen
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:9 (15): 5377-5387 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.1c00233
摘要

The performance of an all-vanadium redox flow battery (VRFB) is affected by many factors, among which the crossover of the vanadium ion through the ion-exchange membrane plays an important role in distribution of the electrolyte concentration along the flow direction. In this study, a mathematical isothermal model is developed to investigate the effect of crossover of the vanadium ion on distributions of the electrolyte concentration, activation overpotential profiles, and cell potential. The chemical reactions of redox reaction between different oxidation states of vanadium ions are included in this model. The model is validated by fitting the charging and discharging curves with experimental data. The concentration distributions of different vanadium ions with and without crossover effect are presented and compared. Results show that distributions of concentration and potential are more uniform due to the balance for VO2+ being generated from VO2+ and reduced by V2+. Moreover, the Coulombic efficiency of the VRFB is reduced from 0.971 to 0.892. The voltage is decreased by 0.05 V at the SOC of 0.5 due to vanadium ion crossover.
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