近日，由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究部研究員李先鋒、研究員張華民領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在優(yōu)化全釩液流電池（VFB）性能和預(yù)測(cè)其成本的研究方面取得新進(jìn)展，提出了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的VFB電堆性能和系統(tǒng)成本的預(yù)測(cè)與優(yōu)化策略，該方法為VFB的研究開(kāi)發(fā)提供了指導(dǎo)作用，有望提高研發(fā)效率，縮短研發(fā)周期，加速VFB的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
VFB具有安全性高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、效率高等優(yōu)勢(shì)，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，VFB正處于商業(yè)化示范階段，如何進(jìn)一步降低成本、提高效率，對(duì)其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。VFB系統(tǒng)成本由功率成本（電堆）、能量成本（電解液）和控制系統(tǒng)等組成。其中，功率與能量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(shí)驗(yàn)的方法來(lái)優(yōu)化電堆結(jié)構(gòu)和性能耗時(shí)較長(zhǎng)，因此如何高效有針對(duì)性的對(duì)電堆結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行優(yōu)化至關(guān)重要。
大連化物所提出基于機(jī)器學(xué)習(xí)的全釩液流電池性能和成本預(yù)測(cè)方法和優(yōu)化策略
該工作基于研究團(tuán)隊(duì)在VFB電堆研發(fā)過(guò)程中十幾年的積累和大量的電堆數(shù)據(jù)，提出了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的VFB電堆性能和系統(tǒng)成本預(yù)測(cè)方法和優(yōu)化策略。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)，能夠?qū)FB電堆的電壓效率（VE）、能量效率（EE）、電解液利用率（UE）以及VFB系統(tǒng)的功率成本和能量成本做出精確的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果的平均絕對(duì)偏差（訓(xùn)練集/測(cè)試集）分別為0.54%/0.47%、0.62%/0.56%、3.40%/3.14%、5.14%/4.97%、3.22%/3.08%。此外，科研人員根據(jù)模型系數(shù)，分析并提出未來(lái)VFB電堆的研發(fā)方向，即在保證較高的VE和UE條件下發(fā)開(kāi)高功率密度電堆；基于機(jī)器學(xué)習(xí)所建立的模型和目前的材料成本，預(yù)測(cè)VFB系統(tǒng)運(yùn)行成本隨VE和UE的變化趨勢(shì)。此項(xiàng)研究工作不僅對(duì)VFB電堆的研發(fā)具有指導(dǎo)意義，而且也為將機(jī)器學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)科學(xué)相結(jié)合的方法來(lái)優(yōu)化和預(yù)測(cè)復(fù)雜系統(tǒng)的行為提供了新思路。
上述工作于近日發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）上。以上工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院潔凈能源先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)“大規(guī)模儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用示范”、中科院電化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)室等資助。
