【Ziel】Vanadium-Redox-Flow-Batterien eignen sich für großmaßstäbige Langzeitspeicherung, jedoch begrenzen hohe Investitionskosten und geringe Energiedichte ihren Einsatz. Strömungskanäle können den Stofftransport in der Batterie verbessern und so die Leistung steigern. Diese Arbeit untersucht die Einflüsse verschiedener Kanalstrukturen auf wichtige Parameter in der Batterie. 【Methode】Die Untersuchung basiert auf einem dreidimensionalen, multiphysikalischen Kopplungsmodell. Für interdigitale Strömungskanäle, angewendet auf rechteckige Elektroden, wurde eine systematische Optimierung vom Gesamtsystem bis ins Detail durchgeführt. Es wurden Effekte verschiedener Kanalstrukturen auf Fließgeschwindigkeit, Konzentration, Überspannung und Batteriewirkungsgrad bewertet. 【Ergebnisse】Die Ergebnisse zeigen, dass eine Kanalstruktur mit einem Hauptstromkanal parallel zur Elektrolängsrichtung, mit einzeln versetzt angeordneten Nebenkanälen und einer Breite von 3 mm sowohl für Nebenkanal als auch Rippe, die besten Strömungs- und Stofftransportfähigkeiten innerhalb der Elektrode erzielt. Dabei fiel die Konzentrationspolarisation in den untersuchten 12 Strukturparameter-Kombinationen auf ein Minimum von 0,26 mV, und die Energieeffizienz der Batterie erreichte 89,58 %. 【Schlussfolgerung】Der optimale Volumenstrom für diese Strömungskanalstruktur liegt bei 7,5 mL/min. Wird bei gleichbleibender Gesamtbatteriedicke das Elektrodenpressungsverhältnis und der Elektrolytfluss leicht erhöht, erreicht die Batterie höhere Endspannung und Effizienz, wobei die maximale Temperaturerhöhung stets unter 3 ℃ bleibt. Diese Studie bietet eine Referenz für das Design von Strömungskanälen in Hochleistungs-Flow-Batterien.

Vanadium-Flow-Batterie; Multiphysikalische Kopplung; Interdigitaler Kanal; Optimierungsdesign; Energieeffizienz