Группа ученых из Сколтеха, МГУ и МФТИ разработала математическую модель для электрохимической ячейки ванадиевого проточного аккумулятора (ВПА). Полученная модель описывает динамическое поведение ВПА, учитывая переток ионов ванадия через мембрану. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Energy.

Ванадиевый проточный аккумулятор (ВПА) — один из наиболее перспективных накопителей энергии для интеграции с возобновляемыми источниками энергии. Принцип действия ВПА основан на преобразовании электрической энергии в энергию химических реакций, проходящих между солями ванадия. Проточный аккумулятор отличается от традиционных аккумуляторов тем, что помимо электрохимической ячейки в нем используется жидкий электролит, который хранится в отдельных резервуарах и протекает через ячейку в процессе работы аккумулятора. Таким образом, емкость и мощность ВПА могут быть масштабированы независимо друг от друга, что дает большую гибкость при проектировании реальных энергетических установок и позволяет создавать накопители энергии с очень большой мощностью и емкостью. Кроме того, ванадиевые аккумуляторы служат намного дольше обычных батарей. На данный момент проточные ванадиевые аккумуляторы используются в сопряжении с солнечными батареями и ветряными генераторами энергии, полученная учеными модель поможет отслеживать проблемы, возникающие при работе ванадиевых батарей и расширить область их применения.



Одна из главных проблем, возникающих в процессе работы ванадиевых проточных аккумуляторов — переток ионов ванадия через мембрану (или кроссовер), что приводит к уменьшению емкость аккумулятора.

Математическая модель, разработанная учеными под руководством профессора Сколтеха Алдо Биски (Aldo Bischi) детально описывает явление кроссовера. Предложенный подход позволяет получить хорошую точность моделирования зарядно-разрядных характеристик аккумулятора (напряжения, емкости, уровня заряда) а также уменьшения емкости, вызванной кроссовером, при этом не требуя больших вычислительных затрат.

«Представленная нами модель может быть использована для разработки методов контроля технического состояния аккумулятора, что позволит снизить деградацию показателей ванадиевых проточных аккумуляторов в процессе продолжительной работы», — рассказывает первый автор исследования, аспирант Сколтеха, Михаил Пугач.