Numerical analysis of modified channel widths of serpentine and interdigitated channels for the discharge performance of vanadium redox flow batteries

体积流量 电解质 流量(数学) 材料科学 电极 流动电池 电化学 分析化学(期刊) 机械 化学 冶金 色谱法 物理 物理化学
作者
Ehtesham Ali,Jungmyung Kim,Heesung Park
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:53: 105099-105099 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.est.2022.105099
摘要

A flow channel is a key component of vanadium redox flow batteries (VRFBs), which distribute the electrolytes in the porous electrodes and improve the battery performance. A three-dimensional VRFB model with four different flow channel designs is proposed in this study, which are serpentine and interdigitated flow channel designs with 2 mm and 5 mm channel widths. The effects of the proposed flow channel designs on convective mass transport, flow distribution, and discharge voltages are investigated in detail. The porous electrode constituting the active area of VRFB provides stable electrochemical performance through uniform supply of electrolyte. The reactivity by mass transfer in electrodes is characterized through the concentration distribution of active ions. The increase in system pressure and flow rate is strongly related to the electrochemical performance. The resulting velocity vector of active-ions permeating into the porous electrode directly affects the electrochemical performance. The results reveal that the serpentine 2 mm flow channel exhibits higher discharge voltages as compared to other flow channel designs. The serpentine 2 mm flow channel shows superior performance and higher pressure drops as compared to other flow channel designs for all the operating conditions tested. This numerical study provides a comprehensive understanding of the flow channel design configurations for VRFBs.
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