Modellazione di batterie a flusso di vanadio con COMSOL Multiphysics®

Vanadium redox flow batteries are emerging as a key technology for large-scale energy storage, especially in renewable energy applications. The challenges associated with accurately estimating the internal states of the system and optimizing the design directly from experimental measurements are particularly demanding. Therefore, the development of mathematical models, relying on easily measurable variables such as voltage and current, plays an increasingly important, if not fundamental, role. This thesis initially conducts a exploration of dynamic models in the literature. Subsequently, a 2D Multiphysics model is developed, followed by a subsequent 3D Multiphysics model using the COMSOL® Multiphysics simulator. The models are then validated through experimental data. The work concludes with an examination of remaining challenges and potential directions for future research in this field.

Le batterie a flusso di vanadio emergono come una tecnologia chiave per lo stoccaggio di energia su larga scala, in particolare nelle applicazioni di energia rinnovabile. Le sfide legate all'accurata stima degli stati interni del sistema e all'ottimizzazione del design direttamente dalle misurazioni sperimentali sono particolarmente impegnative. Pertanto, lo sviluppo di modelli matematici per fare affidamento su variabili facilmente misurabili come la tensione e la corrente svolge un ruolo sempre più importante, se non fondamentale. Questa tesi inizialmente esplora i modelli dinamici presenti in letteratura. Successivamente, viene sviluppato un modello multifisico in 2D e successivamente un modello multifisico in 3D utilizzando il simulatore COMSOL® Multiphysics. I modelli vengono successivamente convalidati attraverso dati sperimentali. Il lavoro si conclude con un'esame delle sfide ancora presenti e delle possibili direzioni per future ricerche in questo campo.