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电能是当今社会发展和人类生产必须的二次能源。随着时代的跃迁,人们对于电能的需求正不断加大,但是化石能源的大量使用带来了环境污染以及能源逐渐枯竭。所以,太阳能、风能等可再生能源越来越受到各国的重视。然而,可再生能源发电具有不稳定、不连续、不可控的特点,因此必须通过能量转换对电能进行储存和释放。全钒液流电池由于具有安全性高、储能规模大、循环寿命长、环境负荷小、电池材料可循环利用等优势而受到重视,其技术也越来越成熟,有着良好的市场前景。本文综述了全钒液流电池在开发、生产、运行中的失效模式,并明确指出了大部分失效模式的失效原因。然而,全钒液流电池仍存在一些原因不明的失效,如果无法找到失效原因,将会影响电池的稳定运行,并造成大量的成本浪费。本文运用模拟分析的方法,从本质上分析了全钒液流电池的三种原因不明的失效模式,可以得知电池端板材料的形变是导致电堆端板处渗漏电解液的主要原因;电堆内部漏电电流过大是导致离子交换膜非反应区五价钒离子析出硌碎交换膜造成电堆内漏的根本原因;电池内部的浓差极化是导致电池性能降低、电极烧毁的重要原因。在此基础上,通过模拟仿真的计算,针对以上三种失效模式分别提出了改善措施:对于端板处渗液失效,提出调整电堆紧固弹簧力量分布配合增加端板厚度的改善方法。经过实验验证,经过改善后的端板最大形变从改善之前的5.3mm降低到改善后的1.9mm,有效降低了电堆端板处渗液的失效风险,提高了电堆的运行可靠性。对于离子交换膜非反应区五价钒离子析出硌碎交换膜造成电堆内漏失效,提出减小电堆串联节数(保证总节数不变,总功率不变)并配合停机放电的控制策略,以减小电堆的漏电电流,阻止电解液析出的改善方法。模拟结果显示,电极框分支流道中的漏电电流从0.2585A减小到0.0865A,电解液温度从120℃降低到40.2℃,结合实验验证,有效阻止了五价钒离子的析出,降低了电堆内漏失效的风险,提高了电堆的运行可靠性。对于电极烧毁失效,提出新式电极框结构,有效减小了电解液死区范围,提高了电堆运行的可靠性的改善方法。过模拟分析得知,新结构电极框可以有效减小电解液低速区面积,降低浓差极化。最后本文提出了新型短流场结构的电池,可有效降低电池的浓差极化;经过样机验证,在电流密度为110mA/cm~2的恒电密充放电时,电池的能量效率提升3%,电解液利用率提升9%。通过3000循环寿命测试,该结构电池具有性能稳定,可靠性高的特点。