传统化石燃料的供应正在因不利的环境影响而迅速枯竭,同时由于全球人口的增长和对更高生活水平的要求而使能源消费不断增长,迫切需要发展可再生能源。间歇性可再生能源的利用在未来需要低成本、可靠的储能系统。长期以来,人们一直认为可靠的电化学储能系统可以节省大量的能源,并提供其他潜在的好处,如提高系统可靠性和减少排放。在各种电化学储能系统中,氧化还原流动电池具有自主储能发电能力强、定位灵活、效率高、规模化成本低、充放电周期长等优点,具有广阔的应用前景。其中,锌镍单液流电池具有较高的开环电压和能量密度,且结构简单、成本较低,近年来获得广泛关注。与实验研究相比,建模与仿真研究成本更低,研究周期更短,而且在研究锌镍单液流电池大规模应用方面更具潜力。因此,本文拟通过锌镍单液流电池传质与反应的模拟研究,深入理解电池反应机理和电池反应时各物理场的分布规律,找出其中的控制因素,对进一步提高电池性能及安全可靠性,实现电池产业化及商业化运行提供指导。全文主要研究工作如下:(1)假设多孔电极内的电解液是静止的,建立了用于描述锌镍单液流电池电堆的三维稳态模型。在利用实验数据对模型进行验证的基础上,用该模型描述了电堆内部流动、离子浓度、电流密度和电势的空间分布,并进一步研究了电解质流量和浓度变化的影响。(2)综合考虑了动、质量传递、电荷传递以及涉及离子、质子反应的动力学方程开发了一个用于研究锌镍单液流电池动态特性的二维瞬态模型。模型进一步考虑了多孔介质内的流动。通过与实验数据的对比验证了模型的可靠性,并重点研究了浓度、流速以及应用电流密度对电池性能的影响。(3)基于对质量、动量和电荷输运与守恒的全面描述,以及涉及离子与质子反应的动力学方程,将以往的二维瞬态模型扩展到三维。模型更加细化并考虑了集流体以及极耳的结构。通过实验验证了模型的有效性,并在此基础上研究了集流体上的极耳所带来的影响包括电流密度、浓度分布和电压损失。最后通过此模型对极耳的结构、位置和数量进行了设计和优化。