东京工业大学开发碳-空气电池 推动下一代储能系统发展

2021-12-24 09:08:29 太阳能发电网
风能和太阳能发电的障碍之一在于其不稳定性。作为有前景的替代方案之一,使用储氢系统,有助于在不良环境条件下,适应功率输出波动。该类系统通过水分解制氢,以产生清洁电力。然而,这些系统的效率较低,通常需要扩大规模,从而导致热管理较为复杂,并降低能量和功率密度。    (
风能和太阳能发电的障碍之一在于其不稳定性。作为有前景的替代方案之一,使用储氢系统,有助于在不良环境条件下,适应功率输出波动。该类系统通过水分解制氢,以产生清洁电力。然而,这些系统的效率较低,通常需要扩大规模,从而导致热管理较为复杂,并降低能量和功率密度。

  

  (图片来源:techxplore)

据外媒报道,东京工业大学(Tokyo Tech)的研究人员提出一种替代性电能储存系统,以碳为能源,而不是氢气。新系统名为碳/空气二次电池(CASB),由固体氧化物燃料和电解电芯(SOFC/ECs)构成,利用电解二氧化碳(CO2)产生的碳,与空气氧化产生能量。通过向SOFC/ECs供应压缩液化CO2,以构建能量储存系统。

研究人员表示,CASB类似于电池,利用可再生能源产生的能量充电,将CO2还原为C。在随后的放电阶段,C被氧化以产生能量。由于碳被储存在SOFCs/ECs的有限空间中,CASB的能量密度受限于其可容纳的碳数量。尽管如此,研究人员发现,与氢储存系统相比,CASB拥有更高的体积能量密度。

电池性能的另一个指标是充放电效率。为了评估这一指标,研究人员进行充放电实验,并观察到C和CO2之间的转换是由于“波多反应”(Boudouard reactions),其特征是CO、CO2和C的混合物发生氧化还原反应。在充电期间,通过电化学还原CO2,以及波多分解还原CO,将C沉积在电极上。在放电期间,通过波多气化反应和电化学氧化,C被分别氧化成CO和CO2。研究人员发现,CASB用于发电的C利用率,取决于3种不同碳物种(C、CO2、CO)之间的平衡,也就是所谓的“波多平衡”。

CASB系统能够利用沉积在电极上的大部分碳发电,并表现出高达84%的库伦效率。这表明,表明大部分储存的能量可在放电阶段获得。此外,在800℃和100 mA cm -2 下,功率密度高达80 mW/cm2,可保持38%的充放电效率。这首次证明具有波多平衡的 CASB 系统,经过重复发电(10 次充放电循环)没有退化,燃料电极没有发生降解。

研究人员表示,与储氢系统相比,预计CASB系统的尺寸更小,系统效率更高。这为开发紧凑高效的碳储能系统奠定了基础,再加上使用可再生能源,有助于实现无化石燃料未来。


作者: 来源:盖世汽车 责任编辑:jianping

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