ВАНАДИЙ БАТАРЕЯЛАРЫНДАҒЫ ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕРДІ ЗЕРТТЕУ ЖӘНЕ МОДЕЛЬДЕУ

Мәселені қалыптастыру: қазіргі әлемде тиімді энергия көздерін дамыту барған сайын маңызды мәселеге айналуда. Электрохимиялық энергия көздері саласындағы перспективті бағыттардың бірі – ванадий батареялары. Бұл батареялар ванадийдің әртүрлі тотығу күйлеріндегі электрохимиялық процестерге негізделген. Ванадий батареяларындағы электрохимиялық процестерді зерттеу және модельдеу олардың жұмысын оңтайландыру және энергия тиімділігін арттыру үшін маңызды. Ванадий батареяларындағы электрохимиялық процестерді зерттеу және модельдеу тиімді энергия көздерін дамытуда шешуші рөл атқарады. Ванадий батареяларының жұмысының негізгі принциптерін түсіну, сондай-ақ дәл математикалық модельдерді әзірлеу мен оларды сандық модельдеу энергияны сақтау және босатумен байланысты процестерді оңтайландыруға мүмкіндік береді. Осы саладағы одан әрі зерттеулер мен әзірлемелер заманауи қоғамның тұрақты энергия қажеттіліктерін қанағаттандыра алатын тиімдірек және тұрақты энергия көздерін құруға әкелуі мүмкін. Мақсат: мембраналық-электродтық шекаралық жағдайларда жүретін электрохимиялық процестерді оңтайландыру үшін электролит ағынын өзгерту арқылы ванадий-тотықсыздандырғыш батареяларының (ВТБ) процестерін модельдеу. Нәтижелер: бұл зерттеу COMSOL Multiphysics бағдарламалық пакетінде электролит ағынының функциясы ретінде ВТБ электрохимиялық сипаттамаларын модельдейді. Ағыс жылдамдығының параметрлері олардың потенциалды бөлуге және ток тығыздығына әсерін бағалау үшін сынақтар жүргізіліп, зерттелді. Практикалық маңызы: ВТБ-да энергия жасуша арқылы айдалатын сұйық электролитте сақталады. Электролит кәдімгі аккумуляторлардағыдай кеуекті электродтарда емес, сыртқы резервуарларда сақталады. Нәтижелер энергияны тиімді сақтауды жақсартуға, жүктемені теңестіруге және ВТБ қуатының максималды тегістелуіне ықпал етеді. Модельдерді құрастыру электролит ағынының жылдамдығын ескере отырып, олардың ванадий иондарын тасымалдауға қалай әсер ететінін анықтау үшін аккумулятор ішіндегі гидродинамикалық жағдайларды ескере отырып, электролиттерді араластыру тиімділігіне әсерін болжауға мүмкіндік береді.

1. Iwakiri I., Antunes T., Almeida H., Sousa J.P., Figueira R.B., Mendes A. (2021) Redox flow batteries: materials, design and prospects, Energies 14, https://doi.org/10.3390/en14185643.

2. Lourenssen K., Williams J., Ahmadpour F., Clemmer R., Tasnim S. (2019) Vanadium redox flow batteries: a comprehensive review, J. Energy Storage 25, https://doi.org/10.1016/j.est.2019.100844.

3. Khazaeli A., Vatani A., Tahouni N., Panjeshahi M.H. (2015) Numerical investigation and thermodynamic analysis of the effect of electrolyte flow rate on performance of all vanadium redox flow batteries, J. Power Sources, 293, pp. 599–612, https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.05.100.

4. Wen Y., Neville T.P., Sobrido A.J., Shearing P.R., Brett D.J.L., Jervis R. (2023) Bismuth concentration influenced competition between electrochemical reactions in the all-vanadium redox flow battery, J. Power Sources 566, 232861.

5. Sum E. and Skyllas-Kazacos M. (1985) Power Sources 16(2), 85, https://doi.org/10.1016/0378-7753(85)80082-3.

6. Rong Y. (2015) Study on Stability and Electrochemical Performance of New Vanadium Battery Electrolyte, Beijing University of Chemical Technology.

7. Rao P. and Jayanti S. (2021) Power Source, 482, 228988, https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228988.

8. Tai Z., Hanawa K., Ju D. and Luo W., Chem J. (2021) (1), https://doi.org/10.1155/2021/6646256.

9. Messaggi M., Rabissi C., Gambaro C., Meda L., Casalegno A. and Zago M. (2020) Power Sources, 449, 227588, https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.227588.

10. Gencten M., Gursu H., Sahin Y. (2017) Anti-precipitation effects of TiO2 and TiOSO4 on positive electrolyte of vanadium redox battery, Hydrog. Energy, 42, 25608–25618.

11. Bafekry A., Faraji M., Stampfl C., Abdolhosseini Sarsari I., Abdollahzadeh Ziabari A., Hieu N.N., Karbasizadeh S. and Ghergherechi M. (2021) Phys. D Appl., 55, 035301, https://doi.org/10.1088/1361-6463/ac2cab.

12. Bafekry A., Faraji M., Fadlallah M.M., Jappor H.R., Karbasizadeh S., Ghergherechi M., Abdolhosseini Sarsari I. and Abdollahzadeh Ziabari A. (2021) Phys. Chem. Chem. Phys., 23(34), 18752, https://doi.org/10.1039/D1CP02590B.

13. Bafekry A., Faraji M., Fadlallah M.M., Mortazavi B., Ziabari A.A., Khatibani A.B., Nguyen C.V., Ghergherechi M. and Godova D. (2021) Phys. Chem. C, 125(23), 13067, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c03749.

14. Electrochemistry module user’s guide (2023) COMSOL Multiphysics, v. 5.5. COMSOL AB, Stockholm, Sweden, URL: www.comsol.com.

15. Trovò A. (2020) Battery management system for industrial-scale vanadium redox flow batteries: Features and operation, Journal of Power Sources, 465, 228229, https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.22822.

16. Bafekry A., Faraji M., Karbasizadeh S., A.B.A.A. Ziabari, Gogova D. and Ghergherechi M. (2021) Phys. Chem, 23(42), 24301, https://doi.org/10.1039/D1CP03421A.

17. Aramendia I., Fernandez-Gamiz U., Martinez-San-Vicente A., Zulueta E. and Lopez-Guede J.M. (2020) Energies 14(1), 176, https://doi.org/10.3390/en14010176.

18. D. Vivona, M. Messaggi, A. Baricci, A. Casalegno, and M. Zago // J. Electrochem. Soc. 2020, https://doi.org/10.1149/1945-7111/aba36b.

19. Knehr K.W., Agar E., Dennison C.R., Kalidindi A.R. and Kumbur E.C. (2012). Electrochem. Soc., 159(9), A1446, https://doi.org/10.1149/2.017209jes.

20. You D., Zhang H. and Chen J. (2009) Electrochim. Acta, 54(27), 6827, https://doi.org/10.1016/j.electacta.2009.06.086/.

21. Ozgoli H.A., Elyasi S. and Mollazadeh M. (2015). Mech. Ind. 16(2), 201, https://doi.org/10.1051/meca/2014071.

22. Emmel D., Hofmann J.D., Arlt T., Manke I., Wehinger G.D., Schro¨der D. and Appl A.C.S. (2020) Energy Mater. 3(5), 4384 https://doi.org/10.1021/acsaem.0c00075.