研究人员提出了新的对流理论 用于理解电池的快速充电

MechSE副教授Kyle Smith和博士生Md Abdul Hamid最近在《电源杂志》上发表了一篇文章。

他们的研究，“一种自下而上的多尺度理论，用于氧化还原活性物质通过超过伪稳态极限的多孔电极的瞬态质量传递”，表明传统理论方法低估了液流电池的功率容量，例如用于可再生能源发电的液体电池。

“我们已经发现了一种新的方法来理解反应性多孔介质内部如何发生对流，”史密斯谈到他们的理论，该理论建议将某些频率依赖性传递函数引入电极微观孔中发生的大规模质量传递。尽管传递函数通常用作控制理论中的数学工具，但它们以前从未应用于此上下文或以这种方式推导。

两人在 爆发之前就开始制定他们的理论，使他们的出版物取得了期待已久的成功。他们的理论为熟悉的传质和传热原理提供了新的线索——他们引入了光谱舍伍德数，这是一种传递函数，将薄膜传质定律扩展到瞬态条件。同样，光谱努塞尔数扩展了对流传热的牛顿冷却定律。两人将传递函数嵌入到一个放大模型中，以获得液流电池的时域响应。

“我们已经发现了对对流传热/传质中无处不在的某些非维度参数的新理解，”史密斯说。“据我们所知，我们第一次将这些想法从时间不变或稳态设置中的传统应用扩展到瞬态设置，以解释瞬态循环引起的微观动力学变化的方式。

这项工作对化学，土木和石油工程界也很有意义，他们已经探索了理解其他多孔材料传质的方法。“他们的方法以前没有应用于我们工作主题的电化学系统，”史密斯说。“然而，我们已经开发了一种相对直接的方法来模拟这些效应，通过使用一种公式来模拟这些效应，该公式从详细的微观结构开始，并扩大其效应以用于宏观尺度模型。

事实上，该团队的理论表明，液流电池可以在高于其极限电流的短时间内运行，这表明可以为这些循环条件设计更便宜、更轻的电池。

“这些发现不仅为准确预测现有液流电池的倍率能力提供了更好的建模方法，而且还为更有效的设计，操作方案和材料提供了指导，”Hamid说。

史密斯和哈米德打算将他们的理论应用于使用电化学的各种能源和环境器件的多孔电极的不同微观结构。他们的下一步还包括将理论扩展到他们出版物中证明的条件范围之外。

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