ICS27.070 K82 NB 备案号：55690-2016 中华人民共和国能源行业标准 NB/T42081—2016 全钒液流电池 单电池性能测试方法 Vanadium flow battery-Test Method for single cell performance 2016-08-16发布 2016-12-01实施 国家能源局 发布 NB/T42081—2016 目 次 前言 范围· 2 规范性引用文件 3 术语和定义 通用要求 单电池组成 5 6 单电池组装 设备与仪器 7 测试准备· 8 9元 性能试验 10试验准备及试验报告 附录A（资料性附录） 单电池欧姆极化电阻、电化学极化电阻和浓差极化电阻的测量 附录B（资料性附录） 单电池的基本信息 10 附录C（资料性附录） 试验准备 附录D（资料性附录） 试验报告 NB/T42081—2016 前言 本标准按GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。 本标准由中国电器工业协会提出。 本标准由能源行业液流电池标准化技术委员会（NEA/TC23）归口。 本标准主要起草单位：中国科学院大连化学物理研究所、大连融科储能技术发展有限公司、机械 工业北京电工技术经济研究所。 本标准参加起草单位：大力电工襄阳股份有限公司、中国电力科学研究院、中国科学院金属研究 所、北京金能燃料电池有限公司、国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司、湖南省银峰新能源有 限公司、中国工程物理研究院电子工程研究所、攀钢集团研究院有限公司等。 本标准主要起草人：张华民、郑琼、钟和香、王晓丽、李颖、田超贺、刘淑芬。 本标准参加起草人：来小康、史小虎、严川伟、骆欣、李爱魁、吴雄伟、吴雪文、刘效疆、李晓兵、 彭穗。 本标准为首次制定。 NB/T42081—2016 全钒液流电池 单电池性能测试方法 1范围 本标准规定了全钒液流电池单电池（简称“单电池”）性能测试方法的通用要求、单电池组成、单 电池组装、设备与仪器、测试准备和性能试验方法等内容。 本标准适用于全钒液流电池单电池的性能测试。 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件， 其最 新版本 包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T29840—2013 全钒液流电池术语 3术语和定义 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了 GB/T29840—2013 GB/T29840—2013 中的 些术语和 义。 3.1 欧姆极化电阻 ohmicpolarization resistance 由电子和离子电阻造成的单电池内部电阻之和，单位为欧姆（2)。 3.2 单电池singlecell 全钒液流电池的基本单元，主要由一组正负电极及分开电极的离子传导膜组成。 [GB/T29840—2013 术语和定义2.21.1] 3.3 电化学极化电阻 electrochemicalpolarizationresistance 单电池内电化学反应阻力的大小， 单位为欧姆（2)。 电化学极化电阻与单电池的电极活性、 结构和单电池操作条件等有关。 3.4 浓差极化电阻 concentrationpolarization resistance 由电解液体相到电极表面的液相传质过程引起的电阻，单位为欧姆（2）。 通用要求 试验环境条件： 温度：25℃±5℃； 空气湿度：5%~95%。 对环境条件有特殊要求的测试，试验环境条件由供需双方协商确定。 NB/T42081—2016 单电池组成 5.1 概述 单电池应包含以下全部或部分组件： a）1片离子传导膜； b) 2块电极； c） 2块电极框； d)2 2块双极板； e) 2块集流板； f) 2块均带有液体进口和出口的端板； 密封件，连接上述部件的密封材料； g) h) 紧固件，如螺栓、弹簧和垫圈等； 其他辅助部件。 单电池的组成示意如图1所示。 液体进出口 板 图1 单电池的组成示意 5.2电极的尺寸 建议电极面积不小于50cm。 单电池组装 下列组装操作中的一些特定过程应以文件记录下来： a） 离子传导膜定位； b） 电极定位； c） 集流板定位； d) 双极板定位； e) 密封件/密封的安装； f) 固定装置或装配夹具的定位； 装配过程依据的相关规程规定，例如，电极材料压缩率、螺栓紧固次序、压缩弹簧以及最终 g) 的扭矩规定。 2 NB/T42081—2016 装配后，应按照本标准8.3中所述方法检查电池是否有内外漏液。 7 设备与仪器 7.1 设备及功能 通过单电池测试台实现对本标准测试参数的监控和管理。单电池测试台应包含以下设备与功能： 电解液流量监控设备，实现电解液流量的测试、调节与控制；推荐体积流量表、质量流量表 a) 或涡轮型流量表等流量计，流量计应由耐酸腐蚀材质组成。 b) 电解液输送设备，实现电解液从储罐到电池的输送：推荐磁力泵，应能满足单电池测试所需 的电解液流量；磁力泵及其接头应为耐酸腐蚀材料，推荐材料为PVC、PTFE。 c） 充放电控制设备，加载达到单电池设定的电流；充放电过程应既能以恒电流模式又能以恒电 压模式运行。推荐采用恒电流充放电模式。 （P 监控和数据采集设备，实现单电池电压和电流的测量和记录。 e) 负极电解液保护，实现单电池负极电解液密封，推荐情性气体保护。 f) 电阻测试设备，实现单电池欧姆极化电阻、电化学极化电阻和浓差极化电阻的测量：测量 时，设备的正、负端应该分别与单电池正、负极集流板的输出末端相连，推荐方法为电化学 阻抗谱法或电流中断法，具体测量方法参见附录A。 7.2仪器精度 试验中使用的仪器和器具及其精度要求如下： 充放电测试仪：用于测量单电池的电压和电流，电压精度至少为0.1级，电流精度至少为0.1级； 测量尺：用于测量样品的长度和宽度，精度至少为0.1mm； 流量计：用于测量电解液的流量，流量的精度为其满量程±1.5%。 应按照测量值范围选择测量仪器，测量仪器应按规定的要求进行校正与定期校准。 8测试准备 8.1 单电池的基本信息 待测单电池的基本信息参见附录B。 8.2测试要求 既可以对单个样品依次测试，也可以对多个样品同时测试。测试应连续进行。 8.3气密性检查 所有用于单电池内外漏检查的材料均应与管路及电池组件相匹配。单电池在测试台安装完成后， 用情性气体对单电池、管路、测试台进行气密性检查。 将情性气体（氮气或氢气）通入配置了减压阀、压力传感器、球阀和气体流量计等器件的通路进 入单电池的正极（负极）进口，单电池正极（负极）出口处于封闭状态。给管路施压至0.05MPa时， 开始测试，并持续1h以上，观察压力监测值下降情况；并在所有接口处、所有管路连接接头和各部件 连接处涂上渗漏检测液，检测气体泄漏情况。 8.4电解液 正极电解液：含有1.5mol/LVO2+、3mol/LH2SO4的溶液。 NB/T42081—2016 负极电解液：含有1.5mol/LV3+、3mol/LH2SO4的溶液。 注1：正负极电解液浓度可由供需双方共同协商确定，应保证正极VO2*VO2+和负极V+/V3+的摩尔比相等，且正负 极电解液体积和正负极钒离子摩尔总量分别相等。 注2：推荐电解液温度为30℃±5℃。 9 性能试验 9.1试验方法 把所有的输入参数定为设定值。试验过程中，记录电池电压、充放电安时容量和充放电瓦时容 量。从试验结果计算出在试验状态下的库仑效率、能量效率和电压效率。 试验中，应记录以下参考充电特性曲线： a）电池电压-时间； b） 充电安时容量-时间； 充电瓦时容量-时间。 试验中，应记录以下参考放电特性曲线： a) 电池电压-时间； 放电安时容量-时间； c） 放电瓦时容量-时间。 9.2充放电特性曲线 9.2.1 测试过程 按照如下步骤测量单电池的充放电特性曲线： 设定恒定电流，并设定充电截止条件和放电截止条件； a) b) 开启电解液输送泵及充放电测试仪； c) 将单电池充电至充电截止条件； d) 将单电池以恒定电流进行放电直至放电截止条件： e) 记录单电池的电池电压-时间曲线、充电安时容量-时间曲线、放电安时容量-时间曲线、充电 瓦时容量-时间曲线、放电瓦时容量-时间曲线； f) 重复c）～d）步骤至少6次。 注：重复c）～d）步骤时应保证单电池的工作状态和环境状态相同。 9.2.2 2结果计算 9.2.2.1 单电池库仑效率按式（1）中计算： Ad (1) ne x100% A 式中： 单电池库仑效率，单位为百分比（%）； nc- A—一单电池第2个～6个循环的放电平均安时容量，单位为安时（Ah）； 一单电池第2个～6个循环的充电平均安时容量，单位为安时（Ah）。 9.2.2.2单电池能量效率按式（2）计算： (2) e= 4