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(資料圖)

MechSE副教授KyleSmith和博士生MdAbdulHamid最近在電源雜志上發(fā)表了一篇文章。

他們的研究“一種自下而上的多尺度理論，用于通過(guò)多孔電極超越偽穩(wěn)態(tài)極限的氧化還原活性物質(zhì)的瞬態(tài)質(zhì)量傳輸”，表明傳統(tǒng)理論方法低估了液流電池的功率容量，例如那些用于可再生能源發(fā)電。

“我們發(fā)現(xiàn)了一種新的方法來(lái)理解反應(yīng)性多孔介質(zhì)內(nèi)部的對(duì)流是如何發(fā)生的，”史密斯談到他們的理論時(shí)說(shuō)，該理論提出將某些頻率相關(guān)的傳遞函數(shù)引入電極微孔中發(fā)生的大規(guī)模質(zhì)量傳輸。盡管傳遞函數(shù)通常用作控制理論中的數(shù)學(xué)工具，但它們以前從未在這種情況下應(yīng)用或以這種方式導(dǎo)出。

兩人在爆發(fā)之前就開始形成他們的理論，使他們的出版物獲得了期待已久的成功。他們的理論為熟悉的傳質(zhì)和傳熱原理提供了新的思路——他們引入了光譜舍伍德數(shù)，這是一種傳遞函數(shù)，將傳質(zhì)薄膜定律擴(kuò)展到瞬態(tài)條件。類似地，光譜努塞爾數(shù)擴(kuò)展了牛頓對(duì)流傳熱冷卻定律。兩人將傳遞函數(shù)嵌入到放大模型中，以獲得液流電池的時(shí)域響應(yīng)。

“我們發(fā)現(xiàn)了對(duì)對(duì)流傳熱/傳質(zhì)中普遍存在的某些無(wú)量綱參數(shù)的新理解，”史密斯說(shuō)?！皳?jù)我們所知，我們第一次將這些想法從它們?cè)跁r(shí)不變或穩(wěn)態(tài)設(shè)置中的常規(guī)應(yīng)用擴(kuò)展到瞬態(tài)設(shè)置，以一種解釋瞬態(tài)循環(huán)引起的微觀動(dòng)力學(xué)變化的方式?！?/p>

這項(xiàng)工作對(duì)化學(xué)、土木和石油工程界也很有意義，他們探索了理解其他多孔材料中傳質(zhì)的方法。“他們的方法以前沒(méi)有應(yīng)用于作為我們工作主題的電化學(xué)系統(tǒng)，”史密斯說(shuō)?！叭欢覀円呀?jīng)開發(fā)出一種相對(duì)簡(jiǎn)單的方法來(lái)模擬這些影響，方法是使用從詳細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)開始并擴(kuò)大其影響以用于宏觀尺度模型的公式?！?/p>

事實(shí)上，該團(tuán)隊(duì)的理論表明，液流電池可以在高于其極限電流的情況下短時(shí)間運(yùn)行，這表明可以為這些循環(huán)條件設(shè)計(jì)更便宜、更輕的電池。

“這些發(fā)現(xiàn)不僅為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)現(xiàn)有液流電池的倍率能力提供了更好的建模方法，而且還為更高效的設(shè)計(jì)、操作方案和材料提供了指導(dǎo)，”哈米德說(shuō)。

Smith和Hamid打算使用電化學(xué)將他們的理論應(yīng)用于各種能源和環(huán)境設(shè)備的多孔電極的不同微觀結(jié)構(gòu)。他們接下來(lái)的步驟還包括將理論擴(kuò)展到他們的出版物中所證明的條件范圍之外。