사행 채널 폭의 치수 변화에 따른 바나듐 레독스 플로우 배터리의 성능 변화에 관한 수치해석적 연구 (A Numerical Investigation on the Performance of Vanadium Redox Flow Battery with Variation in Serpentine Flow Field Dimension)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 43권 / 6호 / 389 ~ 398페이지
· 저자명 : 이종현, 김정명, 박희성

초록

본 연구는 전기화학적 반응과 유체역학의 복합적 계산을 위하여 화학종을 포함한 종합적인 보존 법칙과 운동학적 모델을 사용하여 수치해석을 수행하였다. 삼차원 형상에 관한 셀 전압, 바나듐 이온 농도, 과전압, 압력강하, 펌프 소모 동력, 그리고 전력 기반 효율이 40mL/min에서 100mL/min까지 변하는 전해질 유량과 1.9mm에서 9.6mm까지 변하는 사행 채널 폭의 치수 변화에 대해 계산되었다. 사행 채널을 추가하는 것이 이온 농도 분포의 균일성과 전해질 확산 효과를 향상시켜 높은 셀 전압을 발생시키며 전해질 유량 60mL/min일 때 1.9mm의 사행 채널을 갖는 바나듐 레독스 플로우 배터리에서 최대 전력 기반 효율 96.63%이 계산되었다. 이에 본 연구는 특정 유속 범위 내에서 최적치수의 폭을 갖는 사행 채널을 추가하는 것이 전력 기반 효율의 향상을 위한 효과적인 방법이 될 수 있음을 제시하였다.

영어초록

In this study, a numerical simulation of a vanadium redox flow battery was investigated for reactions involving electrochemical species using comprehensive conservation laws and a kinetic model. For a 3-D geometry of the cell, the cell voltage, vanadium concentration, overpotential, pressure loss, pumping power, and power-based efficiency were calculated at flow rates ranging from 40 mL/min to 100 mL/min and serpentine flow field dimensions ranging from 1.9 mm to 9.6 mm. Extending the flow field was shown to improve the concentration distribution and diffusion effect, resulting in a higher cell voltage. A maximum power-based efficiency of 96.63 was calculated for a vanadium redox flow battery with a flow field of 1.9 mm at 60 mL/min. Consequently, this study suggests that the addition of an optimal-sized flow field within a specific flow rate can be an effective way of improving the powerbased efficiency.

참고자료

· 없음