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Exploring the thermodynamics of the bromine electrode in concentrated solutions for improved parametrisation of hydrogen–bromine flow battery models

Wlodarczyk, Jakub K. und Küttinger, Michael und Friedrich, Kaspar Andreas und Schumacher, Jürgen O. (2021) Exploring the thermodynamics of the bromine electrode in concentrated solutions for improved parametrisation of hydrogen–bromine flow battery models. Journal of Power Sources, 508, Seiten 230202-230215. Elsevier. doi: 10.1016/j.jpowsour.2021.230202. ISSN 0378-7753.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Kurzfassung

Thermodynamic properties of the bromine electrode in an exemplary hydrogen–bromine flow battery (HBFB) are investigated in detail. Open-circuit potential (OCP) measurements of HBRB electrolytes in a liquid junctionfree setup and electrolyte Raman spectra are employed to estimate polybromides speciation. An improved mathematical description of the bromine electrode OCP versus state of charge is provided. This paper addresses the phenomenon of polybromides formation at concentrations up to 7.7 mol L-1 HBr and 3.85 mol L-1 Br2 and their significant impact on the OCP. The model takes into account tri-, penta- and heptabromides formation, precisely modelled electrolyte activity coefficients (up to 11-molal HBr), electrolyte density, and temperature. It is elucidated that the polybromide formation constants found in literature treating dilute electrolytes are substantially too low. Newly determined equilibrium constants, applicable over a wider concentration range are provided for 25 and 43 ◦C together with their standard enthalpy changes. The model is successfully validated in an independent experiment using a real, pilot-scale HBFB. It is concluded that the usage of a simple Nernst-like equation to calculate the OCP of flow battery electrodes containing concentrated electrolytes leads to erroneous results.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/148185/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Exploring the thermodynamics of the bromine electrode in concentrated solutions for improved parametrisation of hydrogen–bromine flow battery models
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wlodarczyk, Jakub K.Institute of Computational Physics, Zurich University of Applied Sciences, Wildbachstrasse 21, 8401 Winterthur, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Küttinger, MichaelFraunhofer Institute for Chemical Technology, Joseph-von-Fraunhofer-Strasse 7, 76327 Pfinztal, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schumacher, Jürgen O.Institute of Computational Physics, Zurich University of Applied Sciences, Wildbachstrasse 21, 8401 Winterthur, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:6 August 2021
Erschienen in:Journal of Power Sources
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:508
DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.230202
Seitenbereich:Seiten 230202-230215
Verlag:Elsevier
ISSN:0378-7753
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Modelling and simulation hydrogen–bromine redox flow battery Open circuit potential Bromine electrode Activity coefficient
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HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
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DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:12 Jan 2022 11:45
Letzte Änderung:04 Dez 2023 12:49

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