- Код статьи
- S30346185S0424857025050014-1
- DOI
- 10.7868/S3034618525050014
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том 61 / Номер выпуска 5
- Страницы
- 237-250
- Аннотация
- В работе исследована единичная ячейка перезаряжаемого химического источника тока(ХИТ) – водородно-ванадиевой батареи((Pt–C)H|Nafion|VO(С)), при варьировании содержания серной кислоты в ванадиевом электролите(католите) в диапазоне от 3 до 6 М общего содержания сернокислотных остатков и суммарной концентрации соединений ванадия 1 М. Для этого диапазона составов получены зависимости напряжения ячейки(НРЦ) и потенциалов ее полуэлементов (ПРЦ) в состоянии разомкнутой цепи от соотношения ванадил: ванадат в составе электролита, а также измерены вольт-амперные характеристики при пропускании через ячейку токов различного направления. Разделение вкладов потенциалов обоих полуэлементов и их поляризации в напряжение ячейки реализовано при помощи внешнего электрода сравнения, подведенного к ванадиевому проточному электроду с использованием пленочного капилляра Луггина. Измерены удельные электропроводности ванадиевого электролита различного состава и зависимость этой величины от соотношения ванадил/ванадат в нем на различных этапах заряд-разрядного цикла. Обнаружено, что с увеличением кислотности католита функционирующая на нем ячейка демонстрирует снижение максимальной удельной мощности разряда с 0.68 до 0.45 Вт/см, причиной которого является концентрационная поляризация как положительного, так и отрицательного полуэлементов в области высоких токов, с гораздо большим относительным вкладом последней. В области малых токов(±0.25 A/см) вольт-амперные характеристики обоих полуэлементов линейны, а их наклоны(поляризационные сопротивления) возрастают с ростом кислотности электролита для водородного полуэлемента и снижаются для ванадиевого, вследствие чего их сумма(полное сопротивление ячейки) в диапазоне исследуемых кислотностей демонстрирует прирост от 0.34 до 0.39 Ом см.
- Ключевые слова
- водородно-ванадиевая проточная батарея напряжение разомкнутой цепи удельная электропроводность ванадиевого электролита поляризация полуэлементов
- Дата публикации
- 15.05.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 72
Библиография
- 1. Moore, M., Counce, R., Watson, J., and Zawodzinski, T., A comparison of the capital costs of a vanadium redox-flow battery and a regenerative hydrogen-vanadium fuel cell, J. Adv. Chem. Eng., 2015, vol. 5, no. 4, Article number 1000140.
- 2. Chakrabarti, B.K., Kalamaras, E., Ouyang, M., Liu, X., Remy, G., Wilson, P.F., Williams, M.A., Rubio-Garcia, J., Yufit, V., Bree, G., Hajimolana, Y.S., Singh, A., Tariq, F., Low, C.T.J., Wu, B., George, C., and Brandon, N.P., Trichome-like carbon-metal fabrics made of carbon microfibers, carbon nanotubes, and Fe-based nanoparticles as elec-trodes for regenerative hydrogen/vanadium flow cells, ACS App l. Nano Mater., 2021, vol. 4, no. 10, p. 10754.
- 3. Hsu, N.Y., Devi, N., Lin, Y.I., Hu, Y.H., and Ku, H.H., Study on the effect of electrode configuration on the performance of a hydrogen/vanadium redox flow battery, Renewable Energy, 2022, vol. 190, p. 658.
- 4. Zhang, K., Zheng, X., Liu, S., Xie, Z., Liu, Z., Zhu, Z., Jiang, T., Wang, W., Wang, M., Ma, Y., Meng, Y., Peng, Q., and Chen, W., High-rate, two-electron-transfer vanadium-hydrogen gas battery, Electrochim. Acta, 2023, vol. 469, Article number 143216.
- 5. Bard, A.J., Standard Potentials in Aqueous Solution, London: Routledge, 2017. 848 p.
- 6. Antipov, A., Pichugov, R., Abunaeva, L., Tong, S., Petrov, M., Pustovalova, A., and Glazkov, A., Halogen hybrid flow batteries advances for stationary chemical power sources technologies, Energies, 2022, vol. 15, no. 19, Article number 7397.
- 7. Xie, F., Zhang, X., and Pan, Z., Electrochemical systems for renewable energy conversion and storage: Focus on flow batteries and regenerative fuel cells, Curr. Opin. Electrochem., 2024, p. Article number 101596.
- 8. Zhang, Z., Mao, J., and Liu, Z., Advancements and insights in thermal and water management of proton exchange membrane fuel cells: Challenges and prospects, Int. Commun. Heat Mass Transf., 2024, vol. 153, Article number 107376.
- 9. Rubio-Garcia, J., Cui, J., Parra-Puerto, A., and Kucernak, A., Hydrogen/vanadium hybrid redox flow battery with enhanced electrolyte concentration, Energy Storage Mater., 2020, vol. 31, p. 1.
- 10. Parra-Puerto, A., Rubio-Garcia, J., Cui, J., and Kucernak, A., High energy density hydrogen/vanadium hybrid redox flow battery utilizing HCl as a supporting electrolyte, Electrochem. Soc. Meet. Abstr., 2020, no. 4, p. 800.
- 11. Chakrabarti, B.K., Feng, J., Kalamaras, E., Ru-bio-Garcia, J., George, C., Luo, H., and Brandon, N.P., Hybrid redox flow cells with enhanced electrochemical performance via binderless and electrophoretically deposited nitrogen-doped graphene on carbon paper electrodes, ACS App l. Mater. Interfaces, 2020, vol. 12, no. 48, p. 53869.
- 12. Chakrabarti, B., Yufit, V., Kavei, A., Xia, Y., Stevenson, G., Kalamaras, E., and Brandon, N., Charge/ discharge and cycling performance of flexible carbon paper electrodes in a regenerative hydrogen/vanadium fuel cell, Int. J. Hydrogen Energy, 2019, vol. 44, no. 57, p. 30093.
- 13. Dowd, R.P., Lakhanpal, V.S., and Van Nguyen, T., Performance evaluation of a hydrogen-vanadium reversible fuel cell, J. Electrochem. Soc., 2017, vol. 164, no. 6, p. F564.
- 14. Tenny, K.M., Lakhanpal, V.S., Dowd, R.P., Yarlagadda, V., and Van Nguyen, T., Impact of multi-walled carbon nanotube fabrication on carbon cloth electrodes for hydrogen-vanadium reversible fuel cells, J. Electrochem. Soc., 2017, vol. 164, no. 12, p. A2534.
- 15. Dowd, R.P., Verma, A., Li, Y., Powers, D., Wycisk, R., Pintauro, P.N., and Van Nguyen, T., A hydrogen-vanadium reversible fuel cell crossover study, J. Electrochem. Soc., 2017, vol. 164, no. 14, p. F1608.
- 16. Feng, W., Zeng, Y., and Zhou, X., A three-dimen-sional, multi-physics model of a hydrogen vanadium rebalance cell, J. Energy Storage, 2024, vol. 92, Article number 111964.
- 17. Muñoz, C.P., Dewage, H.H., Yufit, V., and Brandon, N.P., A unit cell model of a regenerative hydrogen-vanadium fuel cell, J. Electrochem. Soc., 2017, vol. 164, no. 14, p. F1717.
- 18. Istakova, O.I., Konev, D.V., Tolstel, D.O., Ruban, E.A., Krasikova, M.S., and Vorotyntsev, M.A., A high discharge power density single cell of hydrogen–vanadium flow battery, Russ. J. Electrochem., 2024, vol. 60, no. 9, p. 716.
- 19. Петухова, Э.А., Ершова, В.С., Терентьев, А.В., Рубан, Е.А., Пичугов, Р.Д., Конев, Д.В., Усенко, А. А. Кулонометрический метод анализа для определения концентрации и степени окисления ванадия в электролите ванадиевой проточной ба-тареи с использованием водородно-ванадиевой ячейки. Конденсированные среды и межфаз-ные границы. 2025. Т. 27. № 1. С. 128. @@ Petukhova, E.A., Ershova, V.S., Terent’ev, A.V., Ruban, E.A., Pichugov, R.D., Konev, D.V., and Usenko, A.A., Coulometric method for analyzing vanadium concentration and oxidation state in vanadium redox battery electrolyte using a hydrogen-vanadium cell, Condensed Matter and Interphases, 2025, vol. 27, no. 1, p 128.
- 20. Darling, H.E., Conductivity of sulfuric acid solutions, J. Chem. Eng. Data, 1964, vol. 9, no. 3, p. 421.
- 21. Glazkov, A., Pichugov, R., Loktionov, P., Konev, D., Tolstel, D., Petrov, M., and Vorotyntsev, M.A., Current distribution in the discharge unit of a 10-cell vanadium redox flow battery: Comparison of the computational model with experiment, Membranes, 2022, vol. 12, no. 11, Article number 1167.
- 22. Zhao, X., Kim, Y.B., and Jung, S., Shunt current analysis of vanadium redox flow battery system with multi-stack connections, J. Energy Storage, 2023, vol. 73, Article number 109233.
- 23. Delgado, N.M., Monteiro, R., Cruz, J., Bentien, A., and Mendes, A., Shunt currents in vanadium redox flow batteries – a parametric and optimization study, Electrochim. Acta, 2022, vol. 403, Article number 139667.
