低共熔溶劑作為一種非水系電解液,在提高液流電池能量密度方面展現(xiàn)出極大的發(fā)展?jié)摿�。本文針對以低共熔溶劑為電解液的非水系全銅液流電池內(nèi)反應(yīng)傳輸行為,建立了考慮電解液流動(dòng)、銅離子組分傳質(zhì)、電荷傳輸以及電化學(xué)反應(yīng)過程的孔隙尺度多松弛時(shí)間格子玻爾茲曼模型。在此基礎(chǔ)上,以隨機(jī)重構(gòu)獲得的三維多孔電極結(jié)構(gòu)為模擬對象,數(shù)值研究了這種非水系液流電池正極恒電流充電過程中孔隙尺度的耦合反應(yīng)傳輸過程,分析了充電電流密度及運(yùn)行溫度對非水系全銅液流電池運(yùn)行性能的影響規(guī)律。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報(bào). 2020,41(07)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

圖２模型驗(yàn)證算例示意圖??Ｆｉｇ．?２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｃａｓｅ??

表２所示。??度與組分?jǐn)U散比值的Ｄａｍｋ６ｈｌｅｉ？數(shù)，為無量綱??壓差，而和分別為無量綱濃度和無量綱??流量．??另外，結(jié)合液流電極工作的實(shí)際特點(diǎn)，模擬所??選用的三維多孔電極的宏觀邊界條件如表３所示。??表１多孔電極結(jié)構(gòu)參數(shù)??Ｔａｂｌｅ?１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ??ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??參數(shù)??數(shù)值??長度Ｌ／ｐｍ??２８０??寬度ＨＶｕｍ??１４０??高度??１５０??纖維直徑Ｄ／Ｖｍ??６??孔隙率ｓ??０．９??圖１重構(gòu)獲得三維孔隙結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．?１?Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ?ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｐｏｒｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??表２電解液物性參數(shù)??Ｔａｂｌｅ?２?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??物性參數(shù)??數(shù)值??入口荷電狀態(tài)ＳＯＣ??０．５??外部充電電流密度＾ｅｘｔ／Ａｍ－２??１００?？６００??固態(tài)電極電導(dǎo)率％／Ｓ．ｍ－１??１０００??傳輸系數(shù)Ｐ??０．３??初始濃度銅離子Ｃｂ／ｍｏｈｍ＿３??１５００??初始氯離子濃度ＣＶｍｏｈｎ＾３??７５００??為了將實(shí)際的物性參數(shù)與ＬＢ模擬所選用的格??子參數(shù)相對應(yīng)，需要對數(shù)值計(jì)算所涉及的參數(shù)進(jìn)行??無量綱化處理，本文具體所采用的無量綱參數(shù)如下：??Ｕ〇Ｌ?Ｄｉｔ??Ｒｅ?＝?，?Ｆｏ?＝?—ｒ．?Ｂｅ??ｖ?Ｌ１??ＡＰＬ２?＿?ｋ〇Ｌ??Ｐ〇ｖ－?Ｄｉ??ｃ＊?Ｊｍａｓｓｉ／（Ｃ，°?？?Ｄｉ）＇ｒ?＝??（２４）??式中，辦為表征電解液流動(dòng)特性的Ｒｅｙｎｏｌｄｓ數(shù)，凡??為無量綱時(shí)間Ｆｏｕｒｉｅｒ數(shù)，Ｄ

＝０．１；?（ｂ）??Ｆｉｇ．?３?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ＬＢ?ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?ａｎａｌｙｔｉｃａｌ??ｓｏｌｕｔｉｏｎ：?（ａ）?Ｄａ＝０．１；?（ｂ）?Ｄａ＝ｌ??３結(jié)果與討論??在完成ｌｂ模型構(gòu)建以及纖維狀多孔電極隨機(jī)??重構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文模擬了全銅液流電池正極充電??過程中的流動(dòng)、傳質(zhì)以及電化學(xué)反應(yīng)行為。首先在??固定的電池工作溫度（ｒ＝３１３?Ｋ）和電解液流動(dòng)壓差??（說＝２．１＼１０６）條件下，研究充電電流密度的變化對??電池反應(yīng)傳輸行為的影響。圖４為孔隙率為０．９，充電??電流密度為４００?Ａｍ－２的三維重構(gòu)多孔電極內(nèi)Ｃｕ（Ｉ）??離子的無量綱濃度（Ｇ／Ｃｏ）以及局部電解液荷電狀??態(tài)（ＳＯＣ）分布云圖�？梢钥闯鲈陔娊庖合虺隹诜较�??流動(dòng)過程中，Ｃｕ（Ｉ）的濃度隨著電化學(xué)反應(yīng)消耗而逐??漸降低，而Ｃｕ（ＩＩ）作為充電過程的反應(yīng)產(chǎn)物則濃度??升高，所以局部ＳＯＣ沿：ｒ軸方向逐漸增大。??（ａ）??ｒ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｉ?￣ｎ??０．４０?０．４５?０．５０?０．５５?０．６０?０．６５?０．７０?０．７５?０．８０?０．８５?０．９０?０．９５?１．００??（ｂ）??圖４多孔電極內(nèi)Ｃｕ（Ｉ）離子濃度以及局部ＳＯＣ分布云圖：⑷??Ｃｉｘ（Ｉ）離子濃度；（ｂ）局部ＳＯＣ??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｎｔｏｕｒ?ｏｆ?Ｃｕ（Ｉ）?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｌｏｃａｌ?ＳＯＣ：?（ａ）??Ｃｕ（Ｉ）?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ；?（ｂ）?ｌｏｃａｌ?ＳＯＣ??


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