全釩液流電池具有安全性高、循環(huán)壽命長、效率高等優(yōu)勢，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。目前，全釩液流電池正處于商業(yè)化示范階段，如何進一步降低成本、提高效率，對其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。
全釩液流電池系統(tǒng)成本由電堆（功率）成本、電解液（能量）成本、控制系統(tǒng)成本等組成。其中，電堆與電解液的成本與電堆的性能息息相關(guān)；而電堆的性能受關(guān)鍵材料、電堆結(jié)構(gòu)、操作條件等多方面因素的影響。若僅采用實驗的方法來優(yōu)化電堆結(jié)構(gòu)和性能耗時較長，因此如何高效有針對性的對電堆結(jié)構(gòu)和性能進行優(yōu)化至關(guān)重要。
近日，中科院大連化物所李先鋒研究員、張華民研究員領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊提出了一種基于機器學(xué)習(xí)的全釩液流電池電堆性能和系統(tǒng)成本的預(yù)測與優(yōu)化策略，運用AI技術(shù)提高全釩液流電池研發(fā)效率、縮短研發(fā)周期，為全釩液流電池的研究開發(fā)提供了很好的指導(dǎo)作用，有望加速其產(chǎn)業(yè)化進程。
該團隊基于其在全釩液流電池電堆研發(fā)過程中的十幾年積累和大量電堆數(shù)據(jù)，采用機器學(xué)習(xí)的方法預(yù)測全釩液流電池電堆性能和系統(tǒng)成本。該方法以操作電流密度為主要特征參數(shù)，電堆的材料和結(jié)構(gòu)等為輔助特征參數(shù)，對全釩液流電池電堆的電壓效率、能量效率、電解液利用率，以及系統(tǒng)的功率和能量成本做出精確的預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與實際結(jié)果相近。此外，該團隊還根據(jù)機器學(xué)習(xí)的模型系數(shù)，分析并提出未來全釩液流電池電堆的研發(fā)方向，即在保證較高的電壓效率和電解液利用率條件下，開發(fā)高功率密度電堆。
此項研究工作不僅對全釩液流電池電堆的研發(fā)具有指導(dǎo)意義，而且也為將機器學(xué)習(xí)與實驗科學(xué)相結(jié)合的方法來優(yōu)化和預(yù)測復(fù)雜系統(tǒng)的行為提供了新思路。
該工作于近日發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）上。以上工作得到國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（A類）“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”、中科院電化學(xué)儲能技術(shù)工程實驗室等資助。（文/圖 李天宇）
