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Los científicos de Skoltech, el Instituto de Tecnología de Harbin y MIPT han realizado un estudio sobre la operación de un sistema de almacenamiento de energía basado en una batería de flujo redox de vanadio en una amplia gama de temperaturas ambientales. Para lograr esto, los investigadores desarrollaron un modelo matemático de la batería de flujo redox de vanadio capaz de describir su comportamiento dinámico bajo diferentes temperaturas, desde 5 a 40 ° C, y varios parámetros operativos.
Los resultados, publicado En el Journal of Power Sources, servirá como base para desarrollar algoritmos avanzados de gestión de baterías que mantengan la máxima eficiencia del sistema incluso en condiciones de baja temperatura. Además, el modelo también se puede aplicar a otros tipos de baterías de flujo y celdas de combustible.
Las baterías de flujo se utilizan principalmente en sistemas de energía a gran escala diseñados para el almacenamiento de electricidad a largo plazo para admitir el suministro de energía autónomo y garantizar una operación de red estable y confiable. Además, tales sistemas a gran escala ayudan a abordar un desafío crítico asociado con fuentes de energía renovable: fluctuaciones en frecuencia y energía. Proporcionan una fuente de alimentación estable a la cuadrícula al suavizar la variabilidad de la generación.
Los sistemas de almacenamiento de energía generalmente ocupan grandes áreas y a menudo se instalan al aire libre. Esto los expone a variaciones de temperatura estacionales, que afectan las métricas clave de rendimiento, como la eficiencia energética, la energía y la capacidad.
Por lo tanto, estudiar el impacto de la temperatura ambiente en la operación de tales sistemas de almacenamiento de energía es una tarea práctica crucial para garantizar su rendimiento confiable y estable en una amplia gama de condiciones climáticas.
“Desarrollamos un modelo dinámico no isotérmico de la batería de flujo de vanadio basado en las leyes de la energía y la conservación de masas”, explicó el líder del grupo, el científico de investigación senior Mikhail Pugach del Centro de Energía Skoltech.
“El modelo explica la dependencia de la temperatura de la viscosidad de los electrolitos y permite la simulación de varias propiedades hidráulicas del sistema de almacenamiento de energía a diferentes temperaturas de funcionamiento. También predice cambios en los parámetros clave de la batería de flujo redox de vanadio, incluida la voltaje, las concentraciones de iones de vanadio, las temperaturas de la pila y las temperaturas de la caída de presión, la tasa de flujo del electrolito, la capacidad y la capacidad y la potencia y la potencia”. “.”.
“Validamos el modelo utilizando datos experimentales obtenidos de dos baterías de flujo redox de vanadio a gran escala con potencias de 9 kW y 35 kW. El modelo demostró alta precisión en la predicción de la temperatura de los electrolitos, el voltaje de salida y las pérdidas de presión del sistema (con un error de menos del 1%).
“Luego aplicamos el modelo para el análisis paramétrico de un sistema de 5 kW bajo varias tasas de flujo de electrolitos (de 4 a 16 l/min), densidades de corriente de carga (de 20 a 140 mA/cm2) y temperaturas ambientales (de 5 a 25 ° C).
“Los resultados mostraron que a bajas temperaturas ambientales, la viscosidad de los electrolitos aumenta significativamente, desacelerando su circulación dentro del sistema. Esto, a su vez, conduce a una pérdida sustancial de capacidad debido a una mayor pérdida de concentración y una mayor conversión de electrolitos.
“En otras palabras, a través de la autoadeación, la batería puede funcionar de manera estable incluso bajo temperaturas ambientales bajas”, dijo Stanislav Bogdanov, el primer autor del periódico y científico de investigación junior en el Centro de Energía Skoltech.
Los autores analizaron la capacidad y las pérdidas de potencia en dos modos de funcionamiento de la batería de flujo redox de vanadio: caudal constante y potencia constante de la bomba. En el modo de caudal constante, se observaron pérdidas significativas de potencia, hasta el 10%, en los ciclos iniciales, causadas por la operación intensiva de la bomba debido a la alta viscosidad de los electrolitos.
El modo de alimentación de la bomba constante evita las pérdidas de potencia del sistema; Sin embargo, en este caso, se observa una capacidad reducida de la batería en los ciclos iniciales a bajas temperaturas ambientales. Después de varios ciclos, el electrolito se calienta y los niveles de capacidad se recuperan.
La investigación permite la identificación de condiciones de funcionamiento óptimas para baterías de flujo redox de vanadio en varios climas y temperaturas.
Comprender el impacto de la temperatura en el rendimiento y la durabilidad ayudará a los sistemas de diseño resistentes a las condiciones de funcionamiento adversas, mientras que regular los parámetros de funcionamiento de la batería evitará el desgaste prematuro y reducirá la probabilidad de fallas.
Más información: Stanislav Bogdanov et al, modelado no isotérmico de la batería de flujo redox de vanadio para condiciones de baja temperatura, Journal of Power Fources (2025). Doi: 10.1016/j.jpowsour.2025.237721
Proporcionado por el Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo
Cita: el modelo de batería de flujo redox de vanadio predice su rendimiento en condiciones de baja temperatura (2025, 2 de septiembre) Recuperado el 2 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-vanadium-redox-battery-temperature-conditions.html
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