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Design and Development of Flow Fields with Multiple Inlets or Outlets in Vanadium Redox Flow Batteries
Full text linkIn vanadium redox flow batteries, the flow field geometry plays a dramatic role on the
distribution of the electrolyte and its design results from the trade-off between high battery
performance and low pressure drops. In the literature, it was demonstrated that electrolyte
permeation through the porous electrode is mainly regulated by pressure difference between
adjacent channels, leading to the presence of under-the-rib fluxes. With the support of a 3D
computational fluid dynamic model, this work presents two novel flow field geometries that are
designed to tune the direction of the pressure gradients between channels in order to promote the
under-the-rib fluxes mechanism. The first geometry is named Two Outlets and exploits the splitting
of the electrolyte flow into two adjacent interdigitated layouts with the aim to give to the pressure
gradient a more transverse direction with respect to the channels, raising the intensity of under-therib
fluxes and making their distribution more uniform throughout the electrode area. The second
geometry is named Four Inlets and presents four inlets located at the corners of the distributor, with
an interdigitated-like layout radially oriented from each inlet to one single central outlet, with the
concept of reducing the heterogeneity of the flow velocity within the electrode. Subsequently, flow
fields performance is verified experimentally adopting a segmented hardware in symmetric cell
configuration with positive electrolyte, which permits the measurement of local current distribution
and local electrochemical impedance spectroscopy. Compared to a conventional interdigitated
geometry, both the developed configurations permit a significant decrease in the pressure drops
without any reduction in battery performance. In the Four Inlets flow field the pressure drop
reduction is more evident (up to 50%) due to the lower electrolyte velocities in the feeding channels,
while the Two Outlets configuration guarantees a more homogeneous current density distribution
Analysis of flow field design on vanadium redox flow battery performance: Development of 3D computational fluid dynamic model and experimental validation
Full text linkHomogeneous distribution of the electrolyte over the porous electrode is a critical issue hindering the commercialization of vanadium redox flow batteries, owing to increased overpotential at high current and limited power density of the system. Therefore, an understanding of the physical phenomena regulating mass transport
of the electrolyte is crucial to improving system performance. The present work describes the development and experimental validation of a 3D computational fluid dynamic model of a vanadium redox flow battery in a half cell configuration with an active area of 25 cm2. The model simulates the influence of a single serpentine and an
interdigitated flow field. The adoption of the half-cell configuration allows the negative electrode to be considered as a pseudo-reference electrode with zero potential loss, leading to a reduction in computation time and the number of fitting parameters, which can be determined with reduced uncertainty. The developed model includes a traditional fluid dynamic analysis of the electrolyte in the flow field and in the porous electrode, coupled with the electrochemistry of the reactions involved. In both the experiments and the simulations, the single serpentine distributor exhibits better performance and higher pressure drops compared to those of the interdigitated geometry under all the investigated operating conditions. In the analysis of the local reaction rate, both distributors experienced increased reaction rates under the rib, induced by a by-pass flow between adjacent channels. The reaction rate shows a highly heterogeneous distribution in the serpentine geometry, while it is more uniform in the interdigitated configuration
Application of computational fluid dynamics to the analysis of geometrical features in PEM fuel cells flow fields with the aid of impedance spectroscopy
No full textDesign of scaled-up flow fields for vanadium redox flow battery through 3D CFD modelling and experimental analysis
No full textLAUREA MAGISTRALELa crescente domanda di energia elettrica a livello globale unita alle crescenti preoccupazioni ambientali legate alla produzione di energia favorisce la rapida inclusione di tecnologie rinnovabili e micro-reti nel settore energetico. In questo scenario, vista la natura intermittente delle energie rinnovabili, le tecnologie di stoccaggio si pongono in un ruolo fondamentale per garantire la stabilità e mantenere un'elevata efficienza della rete. Tra i sistemi di accumulo di energia elettrochimica, le batterie a flusso di vanadio (VRFBs) sono uno dei dispositivi più promettenti per applicazioni stazionarie su larga scala grazie alla loro elevata efficienza complessiva, alla loro lunga vita utile e all’indipendenza tra potenza ed energia. Nonostante questi vantaggi, non sono competitive sul mercato a causa dell'alto costo e della bassa densità di energia e di potenza.
L’obiettivo della tesi è quello di aumentare le dimensioni di una VRFB fino al livello di prototipo a partire da una cella su scala di laboratorio. L'attenzione si concentra sull'effetto che l'architettura del flow field ha sulle prestazioni della cella, sulla durata dei cicli e sul suo impatto sul fenomeno della cross-contamination e sulle cadute di pressione. La fase di progettazione è assistita da un modello fisico CFD tridimensionale. Infatti, comprendendo come le quantità fluidodinamiche ed elettrochimiche della cella siano influenzate dalla geometria del flow field i distributori più promettenti possono essere selezionati e successivamente analizzati attraverso una dettagliata campagna sperimentale. Diverse geometrie interdigitated caratterizzate da diversi principi di funzionamento sono studiate con particolare attenzione, valutando l'effetto che i fenomeni di trasporto di massa e la distribuzione dei reagenti hanno su scale più grandi. In una seconda fase vengono valutate le prestazioni cicliche degli stessi flow field per capire come i fenomeni di cross-contamination e degradazione influenzino le operazioni della batteria. Nel corso dell’elaborato le prestazioni delle celle scalate sono continuamente confrontate con quella della cella di riferimento, per capire come le quantità fluidodinamiche ed elettrochimiche cambino variando la dimensione della cella. Un'ulteriore analisi locale stabilirà l'efficacia delle modifiche locali al flow field mediante inserti in grafite opportunamente progettati.
I risultati della campagna sperimentale sono promettenti. Le informazioni raccolte sull'impatto che l'architettura del flow field ha sui fenomeni caratteristici della batteria pongono le fondamenta per una ricerca approfondita sulle batterie a flusso di vanadio su scala pre-commerciale.The increasing electricity demand worldwide together with the growing environmental concerns related to energy production are favoring the quick inclusion of renewable technologies and micro-grids in the power generation portfolio. In this scenario, considering the intermittent nature of renewable energy, storage technologies play a key role to ensure grid stability and maintain high grid efficiency. Among the electrochemical energy storage systems, Vanadium Redox Flow Batteries (VRFB) are one of the most promising devices for large-scale stationary applications due to their high round-trip efficiency, long lifetime and independence between power and energy. Despite these appealing characteristics, VRFB are not competitive on the market because of the high cost and the low energy and power density.
This thesis objective is to perform a VRFB scale-up to prototype level starting from a lab-scale cell. The focus is placed on the effect that the flow field architecture has on cell performance and cycle life as well as its impact on cross-contamination phenomenon and pressure drops. The design phase is assisted with a 3D CFD physical model, indeed, understanding how the fluid-dynamic and electrochemical quantities of the cell are influenced by the flow field geometry the more promising distributors could be selected and analyzed through a detailed experimental campaign.
Interdigitated geometries characterized by different design concepts are investigated with particular attention to the impact that mass transport phenomena and reactants’ distribution have at larger scales. In a second phase, the flow fields cycling operations are evaluated to understand how cross-contamination and degradation phenomena influence the VRFB cycle life. A continuous comparison with the reference lab-scale cell is performed to understand how fluid-dynamic and electrochemical quantities change varying the cell dimension.
A further local analysis wants to establish the effectiveness of local flow field modifications by means of suitably designed graphite inserts, whose presence influences the velocity field enhancing the mass transport mechanisms, without excessively penalizing the pressure drops.
The entire experimental campaign leads to promising results, especially referring to the cycling operations of the battery. Moreover, the information collected concerning the influence of flow field architecture on characteristic cell phenomena at larger scales lay the foundations for advanced research on pre-commercial scale VRFB
Local investigation of performance heterogeneity in a vanadium redox flow bBatteries, coupling experimental and CFD analyses
No full textLAUREA MAGISTRALELe batterie a flusso di vanadio sono una tecnologia promettente per le applicazioni stazionarie di accumulo dell'energia; l'interesse per questa tecnologia è cresciuto negli ultimi anni a causa dello sviluppo di fonti rinnovabili non programmabili come il solare e l’eolico. La connessione di queste fonti energetiche a un sistema di stoccaggio è fondamentale per garantire operazioni di rete sicure e affidabili, nonché evitare la perdita di sovrapproduzione di energia. Nonostante i numerosi vantaggi, quali alta efficienza, tempi di risposta rapidi e lunga vita utile, oggi le VRFB presentano ancora alcune limitazioni, come la bassa densità energetica o il costo, che non soddisfa i requisiti del mercato. Pertanto, questo lavoro si concentra su un campo in cui ci sono ancora ampi margini di miglioramento, con l'obiettivo di approfondire la comprensione dei fenomeni fluidodinamici ed elettrochimici che regolano le operazioni delle VRFB. Un campagna sperimentale è stata condotta presso l’MRT Fuel Cell Lab del Politecnico di Milano; l'interesse nello studio delle perdite del solo anodo e del solo catodo della batteria ha portato all'utilizzo di un dispositivo chiamato "cella simmetrica"[1] nelle sue configurazioni positiva e negativa. Curve di polarizzazione e spettroscopia di impedenza elettrochimica sono state eseguite su questi dispositivi utilizzando distributori e collettori di corrente segmentati per essere in grado di osservare il comportamento locale delle celle. La configurazione generale di un VRFB è stata quindi analizzata per verificare se le informazioni sull'anodo e sul catodo acquisite attraverso i due dispositivi simmetrici sono significative per la descrizione della batteria complessiva. Dopodiché, un modello fisico 3D in stato stazionario è stato creato attraverso il software ANSYS® Fluent, per simulare il comportamento delle due celle simmetriche e di quella generale. Questo modello, basato su uno esistente creato durante il precedente lavoro di tesi per una semicella, è stato utilizzato per interpretare i risultati sperimentali rimasti senza una forte spiegazione dopo l’analisi sperimentale.Vanadium Redox Flow Batteries are a promising technology for stationary energy storage applications; the interest towards this technology has grown in recent years due to the development of non-programmable renewable sources as solar and wind. The coupling of this energy sources with a storage system is fundamental to guarantee a safe and reliable grid operation, avoiding also the waste of energy overproduction. Despite their numerous advantages, as the high efficiency, the fast response time and the long useful life, nowadays VRFB still present some limits, as the low energy density or the cost, not in line with market requirements. Therefore this work focuses on a field in which there is still a wide room of improvement, aiming to deepen the understanding of the fluid-dynamic and the electrochemical phenomena governing the operations of VRFB. An experimental campaign has been carried out at the MRT Fuel Cell Lab of Politecnico di Milano. The interest towards the study of the sources of loss at the only anode and at the only cathode of the battery brought to the utilization of a device called “symmetric cell” [1] in its positive and negative configurations. Polarization Curves and Electrochemical Impedance Spectroscopy were performed on these devices utilizing segmented flow fields and current collectors, to be able to observe the local behaviour of the cells. The overall configuration of a VRFB was then taken into exam to verify if the information about the anode and the cathode, acquired through the two symmetric devices, are significant to describe the overall battery. Afterword a 3D, steady-state physical model on ANSYS® Fluent was created and validated to simulate the behaviour of the two symmetric cells and of the overall one. This model, based on an existing one created during a previous thesis work for a half-cell, was used to interpret the experimental results remained without a strong explanation after the experimental campaign
Design of innovative flow fields for VRFBs through local experimental analysis and 3D CFD model development
No full textLAUREA MAGISTRALEIl recente sviluppo delle tecnologie rinnovabili e delle micro-reti, con il loro rapido ingresso nello scenario energetico, richiede il supporto dello stoccaggio di energia per aumentare l'efficienza dei sistemi e la stabilità della rete. Le batterie a flusso di Vanadio (VRFBs) sono uno dei dispositivi più promettenti tra i sistemi elettrochimici di accumulo di energia per le applicazioni su larga scala grazie alla loro elevata efficienza, alla lunga vita utile e all'indipendenza tra potenza ed energia. Nonostante questi vantaggi, non sono competitive sul mercato a causa degli alti costi e delle basse densità di potenza ed energia, che limitano fortemente la loro diffusione commerciale. L'obiettivo di questa tesi è quello di progettare e testare soluzioni innovative per aumentare le prestazioni di questo genere di batterie. Si concentra su due componenti principali della cella: gli elettrodi, il cui studio sullo spessore è stato condotto in via preliminare, e i flow fields, vero e proprio nucleo dell'analisi del lavoro. La fase di design è accompagnata da un modello CFD 3D, validato con i dati sperimentali, che consente di eseguire una analisi preliminare utile per prevedere il comportamento della cella e ispirare nuove geometrie dei flow fields. Ben comprendendo la fluidodinamica e l'elettrochimica che c'è dietro questi sistemi, è possibile migliorare e ottimizzare le caratteristiche geometriche dei flow fields al fine di migliorare l'interazione tra il flusso di elettrolita e l'elettrodo poroso. A partire dalla geometria interdigitated, sono stati progettati due innovativi flow fields, chiamati double outlet e 4 inlet, i cui test dimostrano la loro capacità di migliorare la distribuzione dei reagenti e quindi di aumentare l'omogeneità delle prestazioni delle celle. Ulteriori analisi hanno portato a modifiche locali del flow field di tipo interdigitated mediante inserti opportunamente progettati, la cui presenza accelera e aumenta i flussi under the rib, senza penalizzare eccessivamente la perdita di pressione. I promettenti risultati dei test ottenuti con questi inserti gettano le basi per una ricerca avanzata su questi componenti, in grado di migliorare significativamente le prestazioni delle celle.The recent and quick development of renewable technology and micro-grids, accompanied with their fast entry in the energy scenario requires energy storage support for increasing systems efficiency and grid stability purposes. Vanadium Redox Flow Batteries (VRFB) are one of the most promising devices among electrochemical energy storage systems for large-scale applications due to their high round-trip efficiency, long lifetime and independence between power and energy. Although these advantages, they are not competitive in the market because of the high cost and low power and energy densities, which strongly limit their commercial spread. This thesis objective is to design and test innovative solutions to increase the battery performances. It focuses on two main components of the cell: the electrodes, whose thickness study has been preliminarily conducted, and the flow fields, core of the work analysis. The design phase is assisted by a CFD 3D model, validated with experimental data, which allows to perform preliminary analysis useful to forecast the cell behaviour and inspire novel flow field geometries. Well understanding the fluid dynamics and the electrochemistry behind these systems, it is possible to improve and optimize the flow fields geometrical characteristics in order to enhance the interaction between electrolyte flow and porous electrode. Starting from interdigitated geometry, two innovative flow fields have been designed, called double outlet and 4 inlet, whose tests show their capability to improve the reactants distribution and hence increasing the cell performance homogeneity. Further analyses lead to local modifications of the interdigitated flow field by means of suitably designed inserts, whose presence accelerates and increases the under the rib fluxes, without excessively penalizing the pressure drops. The promising tests results obtained with these inserts lay the foundations for advanced research on these components, able to significantly improve the cell performances
Analisi modellistica preliminare di una cella a combustibile PEM e simulazione degli spettri di impedenza tramite codici CFD commerciali
No full textLAUREA MAGISTRALELa tecnologia delle celle a combustibile a membrana polimerica (PEMFC) rappresenta un argomento molto interessante e di attualità nel campo dei sistemi per la conversione energetica, visti i vantaggi di cui questa applicazione gode e le sue reali possibilità di utilizzo nel settore dell’automotive e della micro cogenerazione.
Infatti le PEMFC sono caratterizzate da una efficienza di conversione ed una densità di potenza elevate, grazie alla conversione elettrochimica diretta del combustibile, a cui si accompagnano basse emissioni di inquinanti, brevi tempi di accensione e di transitorio e la modularità.
Accanto all’indagine sperimentale vengono sviluppati modelli per la simulazione del funzionamento delle PEMFC, al fine di comprenderne fenomeni fisici e problematiche, e aiutarne la progettazione.
In quest’ottica, il presente lavoro propone un analisi modellistica tramite codici CFD commerciali di una cella PEM, analizzando il suo funzionamento attraverso gli strumenti delle curve di polarizzazione e degli spettri di impedenza, valutando l’impatto delle geometria reale del distributore catodico su di esse.Polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) technology represent a very interesting and topical theme among energy conversion systems, thanks to its advantages and potentialities in the automotive and micro cogeneration branch.
In fact PEMFCs are characterized by high conversion efficiency and density of power, thanks to their direct electrochemical conversion, coupled with low emissions of pollutants, short start-up time and modularity.
Next to experimental activity, models for the simulation of operation are developed, with the goal of understanding physical phenomena e criticalities, and aiding the design process.
In this context, the present work proposes an analysis of a PEMFC through commercial CFD codes, analyzing how PEMFCs work through polarization curves and impedance spectra, in order to evaluate the impact of real geometry of cathode channel on these
Experimental and modelling analysis of operative heterogeneity in a Vanadium Redox Flow Battery focusing on the design of innovative flow fields for large-scale devices
No full textDOTTORATOLa tecnologia delle batterie a ossido-riduzione a flusso di vanadio (VRFB) rappresenta uno dei candidati più promettenti per far fronte alla necessità rapidamente crescente di capacità di accumulo stazionario di energia, dovuta all’enorme sviluppo delle fonti rinnovabili di energia. La tecnologia è caratterizzata da un disaccoppiamento tra la densità di potenza del dispositivo e l’energia immagazzinata, da una elevata efficienza, una lunga vita utile nei cicli di carica/scarica e da una contaminazione incrociata reversibile tra i due lati della cella. Nonostante ciò, la commercializzazione è ancora impedita da alcuni limiti tecnologici, tra i quali uno dei più rilevanti è la complessa distribuzione dell’elettrolita attraverso l’area dell’elettrodo poroso, determinata dalla geometria del distributore. I maggiori sovra-potenziali, derivanti dal difficoltoso trasporto dell’elettrolita attraverso l’area della cella, limitano la densità di potenza del sistema e riducono anche la capacità scambiata dalla batteria, aumentando conseguentemente il costo specifico della tecnologia. In questa tesi di Dottorato di Ricerca, viene affrontata la problematica della geometria del distributore, indagando e comprendendo i fenomeni fisici che determinano la distribuzione dei reagenti su un dispositivo di 25 cm2 di area e successivamente progettando e testando un distributore innovativo capace di aumentare la prestazione, limitando la caduta di pressione, la disomogeneità di funzionamento e la riduzione di prestazione nel tempo. La geometria del distributore progettata verrà realizzata e testata anche su una batteria di area 100 cm2, per verificare la validità della soluzione proposta su una scala maggiormente rappresentativa di un dispositivo reale.Vanadium redox flow battery (VRFB) technology is one of the most promising candidates to tackle the rapidly increasing need of stationary energy storage capacity due to the huge development of the renewable energy sources. The technology features the decoupling between the power density of the device and the stored energy, a high efficiency, long charge/discharge cycle life and reversible cross-contamination between the cell sides. However, the commercialization is still prevented by technological issues, among which one of the most relevant is the complex electrolyte distribution throughout the porous electrode area, regulated by the flow field geometry. The higher overpotentials, deriving from a hindered electrolyte transport over the cell area, limit the system power density and reduce also the capacity exchanged by the battery, consequently raising the specific cost of the technology. In this Ph.D. dissertation, the issue of the flow field geometry is addressed, investigating and understanding the physical phenomena that determine the reactants distribution on a 25 cm2 device and later on designing and testing an innovative flow field able to raise the performance, with limited pressure drop, heterogeneity of operation and performance fade in time. The designed geometry of the distributor will be manufactured and tested in a 100 cm2 battery to verify the validity of the proposed solution on a scale more representative of a real-life device.DIPARTIMENTO DI ENERGIA33CASALEGNO, ANDREADOSSENA, VINCENZ
Analysis of flow field design in vanadium redox flow batteries through the development and validation of CFD codes
Full text linkLAUREA MAGISTRALELa recente penetrazione di fonti rinnovabili all’interno del sistema energetico ha causato
un cambiamento nelle necessità del sistema di distribuzione e ha messo in luce l’esigenza
di sistemi di accumulo per bilanciare la rete. Tra i dispositivi elettrochimici, le batterie
a flusso al vanadio rappresentano una delle migliori tecnologie a causa della loro alta
efficienza, la lunga vita utile, l’affidabilità e l’indipendenza tra potenza installata e capacità
immagazzinata. La scarsa densità energetica e gli alti costi non permettono ancora
uno sviluppo su scala commerciale di questi sistemi, tuttavia sono presenti margini di
miglioramento.
Se la ricerca nel campo dei materiali porta allo sviluppo di componenti più performanti
ed economici, altri lavori sono intesi aumentare la prestazione del sistema attraverso
una gestione intelligente dell’architettura dello stack oppure ottimizzando il punto di
funzionamento. Questo lavoro quantifica l’impatto sulla prestazione della batteria di
un singolo componente, il distributore, e, per ottemperare a questo obiettivo, sono stati
sviluppati dei modelli numerici. La comprensione dei fenomeni fisici è intesa essere
strumento per l’ottimizzazione delle caratteristiche geometriche del distributore. Partendo
da una procedura di fitting usando un modello bidimensionale, un modello tridimensionale
capace di risolvere fluidodinamica ed elettrochimica sarà sviluppato usando un codice CFD
commerciale: "ANSYS Fluent ® ". Esso sarà usato per caratterizzare una cella idrogeno-vanadio
di 5 cm x 5 cm, un particolare setup sperimentale atto all’analisi delle perdite
del solo elettrodo positivo di batterie a flusso al vanadio. Saranno simulate differenti
geometrie, partendo da una geometria a serpentina e da una geometria in parallelo fino a
una geometria interdigitated, mentre una nuova geometria verrà proposta. E’ sviluppata
una procedura per quantificare tenendo conto dei consumi degli ausiliari l’efficienza del
sistema. Usando la cella idrogeno-vanadio presente nel laboratorio MRT Fuel Cell Lab,
quattro distributori sono testati per capire quale sia la miglior configurazione per il
distributore in un sistema reale e per validare sperimentalmente i risultati numerici.The recent penetration of renewable sources in the energy system caused a transformation
of the needs of the distribution system and amplified the need of energy storage systems
to properly balance the electricity grid. Among electrochemical energy storage devices,
all vanadium flow batteries are one of the most promising technologies due to their high
efficiency, long lifetime, reliability and independence between installed power and storage
capacity. Oppositely, the low energy density and the high costs are preventing this
technology from spreading at commercial level, even if many are the opportunities of
improvement.
If research on materials is working towards better and cheaper components, other works
are meant to improve the performance of the system by means of a smart stack configuration
or optimizing the operating condition. This work deals with the impact on the
performance of the battery of a single part of the system, the flow field, and, in order
to accomplish the desired purpose, numerical models have to be implemented and validated
on experimental data. The knowledge of the fluid dynamic and electrochemical
phenomena is intended as a tool for the optimization of the geometrical characteristics
of the flow field. Starting from a fitting procedure performed on a bidimensional model,
a threedimensional code to solve fluid dynamics and electrochemistry will be developed
using a commerical CFD code: "ANSYS Fluent". It will be used to characterize a 5 cm x 5
cm hydrogen-vanadium battery, a particular cell setup aimed at enlightening the losses
of just the positive electrode of a Vanadium Redox Flow Battery. Various geometries are
simulated, including a serpentine flow field, a parallel flow field and an interdigitated
flow field, while a novel geometry will be proposed. A dedicated procedure to analyze
the impact of the flow field considering both the electrochemical performance and the
pressure drop of the component is refined.
By means of the hydrogen-vanadium cell in MRT Fuel Cell Lab, four different flow fields
are tested to understand which could be the optimal flow field configuration in a real
system and to experimentally validate the numerical results
Local investigation of vanadium redox flow batteries through an innovative system of reference hydrogen electrodes
No full textLAUREA MAGISTRALEIl recente aumento della quota di energia proveniente da fonti rinnovabili non
programmabili ha reso più complicata la gestione delle reti di distribuzione e trasmissione
dell’energia elettrica. La possibilità di immagazzinare energia in sistemi di
accumulo permette una gestione più elastica della rete e risulta essere una strategia
valida per fronteggiare le fluttuazioni di potenza causate dalle fonti rinnovabili. Le
Batterie a Flusso di Vanadio (VRFB) hanno ultimamente attirato l’attenzione del
mondo della ricerca e dell’industria grazie alla possibilità di accumulare energia
efficientemente, con grande flessibilità e per la vita utile. Tuttavia, la sua diffusione
a livello commerciale è limitata dalle basse densità di energia e potenza.
La ricerca si sta muovendo su diversi fronti per studiare soluzioni atte a migliorare
la tecnologia. Questo lavoro tratta dello studio di elettrodi per VRFB con lo scopo di
comprendere l’influenza delle proprietà fisiche e morfologiche dell’elettrodo sulla
prestazione della batteria.
Questo lavoro è stato realizzato tramite caratterizzazione elettrochimica in cella
presso il laboratorio MRT Fuel Cell Lab, supportata da misure ex-situ fornite da altri
gruppi di ricerca, LCCP e NanoLab, nell’ambito di un progetto di ricerca FARB. La
campagna sperimentale è stata condotta inizialmente su configurazione “half-cell”,
in seguito è stata sviluppata una cella completa con un sistema di quattro elettrodi
di riferimento “through-plate” per migliorare l’affidabilità delle misure e per studiare
localmente le reazioni degli elettrodi.
Questo lavoro presenta la prima volta in cui l’innovativo sistema di elettrodi di
riferimento “through-plate” proposto dal NPL viene applicato ad una flow battery.In the last years the management of the electrical grid has become more problematic
because of the increasing share of energy from fluctuating renewable sources. Energy
storage permits a more elastic management of the grid and it has been proved to
be a valid strategy to solve the problems arisen from fluctuating energy sources.
Vanadium Redox Flow Batteries have lately attracted the interest of industries and
researcher because of its flexible design, its efficiency and its cycle life. However its
low energy and power density limits the spread in commercial applications.
Research is moving in different directions in order to improve the technology. This
work deals with the study of electrodes for VRFB with the aim of understanding the
influence of physical and morphological properties of the electrode on the performances
of the battery.
This work has been conducted by performing electrochemical characterization in cell
at MRT Fuel Cell Lab supported by ex−situ measurement provided by other research
groups, LCCP and NanoLab, in the framework of a FARB research project.
The experimental campaign was initially conducted in "half-cell" configuration, then
a "full-cell" with system of four through-plate reference hydrogen electrodes was
developed in order to improve the reliability of the tests and to investigate the
reaction on a local scale.
This work presents the first time the innovative system of through-plate reference
hydrogen electrodes by NPL has been applied to a flow battery
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