液流电池中界面电阻产生原因及其测试调控策略

图源：上海电气

 

 

 1.  电极-电解液界面电荷转移电阻

• 产生原因：电解液中的活性物质（如钒离子）在电极表面发生氧化还原反应时，电荷跨越电极/电解液界面的传递需要克服，形成电化学极化电阻。

  

  图源：绿钒新能源

• 影响因素：

  • 电极材料的催化活性（如碳毡的表面官能团修饰）；

  • 电解液流速与传质速率（低流速可能导致浓差极化加剧）；

  • 反应温度与离子扩散能力。

• 产生原因：电极材料（如石墨毡）与双极板（如石墨板或复合板）的物理接触不紧密时，电子传导路径受阻，形成接触电阻。

• 优化策略：

  • 采用高导电性界面材料（如导电胶或金属涂层）；

  • 优化电堆组装压力，确保组件紧密贴合；

  • 开发一体化电极-双极板结构（如3D打印集成设计）。

• 产生原因：离子交换膜（如全氟磺酸膜）对特定离子的选择性透过性会限制离子迁移速率，形成膜电阻。

  

  图源：中和储能

• 降低方法：

  • 使用低面电阻、高选择性的新型膜材料（如磺化聚芳醚酮）；

  • 优化膜厚度与孔隙结构，平衡离子传导率与机械强度；

  • 通过表面改性减少膜污染（如防钒离子渗透涂层）。

• 产生原因：电解液在流道内分布不均匀时，局部区域反应物浓度不足或副产物堆积，引发传质极化电阻。

• 改进方向：

  • 设计仿生流道（如蛇形、叉指状流场）以增强电解液分布均匀性；

  • 采用多孔电极材料提升电解液渗透性；

  • 结合计算流体力学（CFD）模拟优化流场结构。

典型的测量对象包含集流体+扩散层、板级材料、电极材料。

• 集流体+扩散层——接触电阻测量

测量对象:金属双极板+碳纸、石墨双极板+碳纸、泡沫镍+镀镍板、钛毡+镀镍板、粉末冶金钛片+镀层板

• 极板材料——四探针电阻率测量

测量对象：金属双极板、石墨极板、镀镍板、钛板

• 电极材料——变压缩率电阻测量

测量对象：碳毡、碳布

技术趋势：

• 开发高活性电极材料（如氮掺杂碳纳米管电极）降低电荷转移电阻；

• 引入纳米结构化界面层（如石墨烯涂层）提升电子/离子传导协同性；

• 智能运维：通过BMS实时监测内阻变化，动态调整电解液流量与温度。

液流电池（Flow Battery）是一种可充电电池，它通过液体电解质的流动来存储电能。与传统的固态电池（如锂离子电池）不同，液流电池的能量存储组件（电解质）是分离的，通常储存在外部容器中，在充放电过程中通过电池单元循环。

液流电池是一种活性物质存在于液态电解质中的电池技术，电解液在电堆外部，在循环泵的推动下流经电堆，实现化学能与电能的转换。国际上液流电池主要有全钒液流电池、锌溴电池、铁铬电池、多硫化钠溴电池4种技术路线。

其中全钒液流电池目前产业链建设和技术成熟度相对较高。全钒液流电池系统由功率单元（电堆），能量单元（电解液和电解液储罐），电解液输送单元（管路、阀、泵、传感器等辅助部件）以及电池管理系统等组成。其中，电堆由离子交换膜、电极、双极板、电极框、密封等材料构成。液流电池生产线包括（双极板，膜裁切，碳毡裁切，电堆堆叠组装）等。欢迎申请加入微信群。

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