欢迎来到知嘟嘟! 联系电话:13095918853 卖家免费入驻,海量在线求购! 卖家免费入驻,海量在线求购!
知嘟嘟
我要发布
联系电话:13095918853
知嘟嘟经纪人
收藏
专利号: 2021107098477
申请人: 中国计量大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-08-07
缴费截止日期: 暂无
价格&联系人
年费信息
委托购买

摘要:

权利要求书:

1.一种铝空气电池电解液浓度的控制与优化方法,其特征在于,包括:分析电解液浓度对电池总内阻的影响规律,以建立直流内阻模型;利用所述直流内阻模型计算任意电流密度对应的使总内阻最小的最优电解液浓度;计算氢氧根消耗速率和电解液循环时间,并通过电解液循环系统控制电池电解液浓度,使所述电解液浓度维持在优化后的范围;具体步骤如下:步骤一:所述铝空气电池总内阻Rcell表示为三个内阻之和:Rcell=Rf+Rm+Rd                      (1)所述铝空气电池的活化内阻Rf关于温度和电流密度的表达式为:

2 2

式(2)中,i为工作电流密度,A/cm ;i0为参考状态下交换电流密度,A/cm;α为电荷转移系数;n为电化学反应转移电荷数;△G为电化学反应活化能;Tcell为工作温度,K;T0为参考温度;F为法拉第常数;R为理想气体常数;

所述铝空气电池的欧姆内阻Rm关于温度和电解液浓度的表达式为:2

式(3)中,c为电解液浓度,mol/L;L为电池宽度,cm;S为电池电解液截面积,cm ;β1、β2、β3分别为模型仿真参数;

所述铝空气电池的浓差内阻Rd关于温度、电解液浓度和电流密度的表达式为:式(4)中,δ为扩散层厚度,μm;Cg表示反应物总浓度,mol/L;τ表示与电流密度相关的关系式:式(5)中,Deff为有效扩散率,表示为:

式(6)中ε表示多孔电极孔隙率;D0为标准扩散常数;

综上得到所述电池总内阻Rcell表达式:

步骤二:通过仿真和实验确定所述直流内阻模型中的参数,并通过若干工作电流密度下电池总内阻随电解液浓度的变化曲线确定所述电池总内阻随电解液浓度的变化规律;

步骤三:在满足预设条件的电流密度范围内,确定不同电解液浓度下所述电池总内阻随电流密度的变化曲线中任意电流密度下总内阻最小的点,得到最小R‑i曲线,并记录每个电流密度对应的最优电解液浓度Copt作为后续控制标准;

步骤四:根据碱性铝空气电池总反应中电子与消耗氢氧根的物质的量之比推算氢氧根消耗速度,设定工作电流为I,得出氢氧根瞬时消耗速度为:式(8)中,M表示瞬时消耗速度,mol/s;I表示工作电流,A;

步骤五:通过电解液循环系统控制电池电解液浓度维持在优化后的范围;根据步骤一,电解液体积为:式(9)中V表示电解液体积,L;

设定入液阀和出液阀同时开启同时关闭,流量相同;从电解池出液口流出的全是原先在电解池内的电解液,从电解液储箱进入电解池入液口的全是原先在电解液储箱中的电解液;

电解液储箱的体积设为Vout,L,且Vout远大于V,故不考虑多次电解液循环后导致的电解液储箱内电解液浓度下降;

电池内部电解液的循环起始浓度为所述工作电流I对应的最优电解液浓度Copt,临界浓度为Ccri,电解液浓度降到此浓度后进行电解液循环;所述临界浓度Ccri根据步骤二中的R‑c曲线选择;电解液储箱里的电解液浓度为Cout;从起始浓度降到临界浓度所用的时间t即电解液消耗时间为:此时打开循环系统,出液阀和入液阀的流量为Q,L/s,开阀时间即电解液补充时间为topen,则在topen内两阀的累计流量都为Vvalve=Qtopen;循环结束后电解液浓度重新回到Copt,则topen满足以下关系式:从上述关系式将开阀时间topen表示为:

故电解液循环周期tcycle为:

用一个具备定时控制功能的电解液浓度控制器对泵和两个阀门进行控制,每过一个循环周期tcycle的时间即开启电解液循环,让电解液储箱的电解液进入电池中,并持续开阀时间topen,以将电解液浓度控制在Copt和Ccri之间,从而优化输出性能。