Small Methods: 全钒液流电池的实时监测取得进展:基于超声探测的低价高效方法

全钒液流体电池是一种被广泛认可的大规模能源储存技术,已经在风能和太阳能储存领域得到了应用。钒电池的电解液健康状态,尤其是充电状态(state-of-charge),对维持最优化、最经济的电池运行有着至关重要的作用。现有的监测钒电池充电状态的方法大多采用离线分析技术,耗时长、成本高。对钒电池充电状态的实时实地监测技术成为了钒电池管理和运行的迫切需求。

基于这一需求,美国太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)王玮博士领导的液流电池课题组与邓志群博士领导的声学研究组发明了一种在线实时监测钒电池状态的超声探测装置。这种创新型测试方法利用超声波的无损非介入式探测,通过计算声波在钒电解液中的衰减系数,实现了对电解质溶液的在线实时监测,并且克服了电池运行中的温度变化对充电状态监测结果的影响。该方法首先通过一系列恒温箱静态测试建立了电池充电状态与电解液声学特性(包括声速和声衰减系数)的关系,然后用静态实验得到的基准曲线和实时监测的电解液声学特性对电池的充电状态进行了估计。结果显示,用声衰减系数估计的电池充电状态误差小于4.8%, 而由声速估计的电池充电状态误差高达22.5%。因此,用声衰减系数监测全钒液流体电池的充电状态被证明是一种快速稳定可靠的方法,并使在线、实时、低成本地监测液流电池的健康状态成为可能。

该方法有广阔的市场应用前景,有利于降低流体电池的运行风险和维护成本,从而加速钒电池技术的商业化进程。该工作得到美国能源部Office of Electricity Energy Storage Program 和Office of Technology Transitions的资助。研究结果以臧小琴博士和鄢澧涛博士为第一作者发表在Small Methods上。