A hierarchical interdigitated flow field design for scale-up of high-performance redox flow batteries

电解质 压力降 大规模运输 材料科学 电极 缩放比例 限制电流 流量(数学) 纳米技术 机械 化学 工程物理 工程类 电化学 物理 物理化学 数学 几何学
作者
Yikai Zeng,Fenghao Li,Fei Lü,Xuelong Zhou,Yanping Yuan,Xiaoling Cao,Bo Xiang
出处
期刊:Applied Energy [Elsevier BV]
卷期号:238: 435-441 被引量:158
标识
DOI:10.1016/j.apenergy.2019.01.107
摘要

The pumping loss of redox flow batteries increases dramatically when scaling up to large-area cells, and becomes a key limiting factor for engineering high-performance cell stacks. This work proposes a hierarchical interdigitated flow field design that has independently regulated distribution/collection channels to lower pumping loss and enhance mass transport: a small quantity of primary branch channels with larger section area is engineered to transport the electrolyte across the length of the entire electrode with a relatively low pressure drop, while a large number of secondary branch channels with smaller section area serve to inject the electrolyte into the adjacent porous electrode with a relatively high velocity to ensure good mass transport. The analytical and experimental methods are combined to understand the mass transport phenomena in the presented flow field. It is shown that the hierarchical interdigitated flow field can significantly reduce the pumping loss by 65.9% and increase the pump-based voltage efficiency from 73.8% to 79.1% at 240 mA cm−2 and 3.0 mL min−1 cm−2 compared with the conventional interdigitated flow field, which demonstrates that the hierarchical interdigitated flow field presents a promising solution for scaling up the high-performance redox flow batteries.
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