【目的】全バナジウムレドックスフロー電池は大規模かつ長時間のエネルギー貯蔵に適しているが、高い投資コストと低いエネルギー密度により応用が制限されている。流路は電池内の物質輸送方式を改善し、性能を向上させることができる。本研究では異なる流路構成が電池内の主要パラメータに与える影響の規則性を探求した。 【方法】3次元多物理場連成シミュレーションモデルに基づき、矩形電極に適用される交差指型流路に対して全体から局所までの体系的最適設計を行い、異なる流路構成が流速、濃度、過電圧および電池効率に与える影響を評価した。 【結果】結果は、主流路が電極長手方向に平行で、支流路が単一の交錯配置、かつ支流路幅およびリブ幅がそれぞれ3 mmの流路構成の場合、電極内部の流動および物質伝達能力が最適となることを示した。研究した12種類の流路構造パラメータの組み合わせにおいて、濃度差分極は0.26 mVの最低レベルに低減し、電池のエネルギー効率は89.58％に達した。 【結論】この流路構成に対応する最適流量は7.5 mL/minであり、電池の総厚さを変えずに電極圧縮率と電解液流量を適切に増加させると、電池はより高い端電圧と効率を得られ、最高温度上昇は常に3℃以内に維持される。本研究は高性能レドックスフロー電池流路設計の参考資料を提供する。

全バナジウムレドックスフロー電池;多物理場連成;交差指型流路;最適設計;エネルギー効率