锂离子液流电池复合隔离层的失效研究与优化设计

The lithium ion flow battery (LIFB) is a new-type of energy storage battery technology proposed in recent years, and it is thought to have a good application prospect in the fields of power storage. In the present work, a new composite separator structure is provided for the special working characteristics of intermittent flowing of the electrode suspension in LIFB, which can reinforce the separator strength and block the electrode conductive particles in electrode suspension effectively. However, the mechanical performance and electrochemical performance of the composite separator are not studied yet. Therefore, in the present work, the fatigue crack mechanism of the composite separator under repetitive imposed electrode fluid forces are studied, and the electron and ion exchange mechanism between the electrode suspension and the composite separator are also studied. It is proposed to establish a criterion for judging the mechanical and electrochemical failure of the composite separator and build a mechanical and electrochemical failure model of the composite separator, which has important scientific significance and applicable value to guide the performance optimization and structure design of the composite separator in LIFB.

锂离子液流电池是近年来开发的一种新型储能电池技术，在电力储能领域应用前景良好。本项目针对锂离子液流电池电极悬浮液间歇流动的工作特点，提出一种新的复合隔离层结构，用以增强隔离层强度并对电极悬浮液中的电极导电颗粒进行有效阻隔，目前对于该类复合隔离层的力学性能和电化学性能研究有待展开。因此，本项目将重点研究复合隔离层在电极流体间歇外力作用下的疲劳破坏机理，以及电极悬浮液与复合隔离层的电子和离子交换机制。通过本项目的研究，可望建立判定锂离子液流电池复合隔离层力学和电化学失效的模型与准则，并指导复合隔离层的结构设计和电池性能优化，项目工作具有重要的科学意义和应用价值。

锂离子液流电池是近年来开发的一种新型储能电池技术，在电力储能领域应用前景良好。电池隔离层是电池的重要组成部分，其性能将直接影响到电池的倍率性能、安全性能和循环寿命。本项目主要对隔离层的力学性能和电化学性能进行了研究，重点研究隔离层在外力作用下的形态变化、对电池电化学性能的影响以及造成电池失效的机理。通过本项目的研究，建立了电池隔离层的多孔结构模型，通过不同伸长率下隔离层孔隙率模拟值和实测值的误差分析表明影响隔膜微孔结构变化的主要因素是拉伸过程中微孔细丝的收缩和断裂；模拟了电池隔离层的短路失效发展过程，引入临界短路时间的概念，分析了影响临界短路时间的因素并解析了短路过程中短路电流、电池电压等的实时变化，结果表明短路电阻和充电电流均可以影响临界短路时间，大的短路电阻和小的充电电流可以延长电池的临界短路时间；结合已有的电化学动力学模型和实验测试数据，模拟了复合隔离层厚度、孔隙率的受力变化及其对电化学性能的影响，并对复合隔离层进行了凝胶改性、复合支撑等优化和结构设计，测试结果表明结构优化后的复合隔离层可降低电池内阻并提高电池的安全性和倍率性。本项目建立了判定锂离子液流电池复合隔离层力学和电化学的失效模型与准则，指导了复合隔离层的结构设计和性能优化，相关研究结果为电池关键技术开发和产品研制中的隔离层选择和优化提供了理论和实验支撑，具有重要的科学意义和应用价值。