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風(fēng)能和太陽能發(fā)電的障礙之一在于其不穩(wěn)定性。作為有前景的替代方案之一，使用儲氫系統(tǒng)，有助于在不良環(huán)境條件下，適應(yīng)功率輸出波動。該類系統(tǒng)通過水分解制氫，以產(chǎn)生清潔電力。然而，這些系統(tǒng)的效率較低，通常需要擴(kuò)大規(guī)模，從而導(dǎo)致熱管理較為復(fù)雜，并降低能量和功率密度。
  

據(jù)外媒報道，東京工業(yè)大學(xué)(Tokyo Tech)的研究人員提出一種替代性電能儲存系統(tǒng)，以碳為能源，而不是氫氣。新系統(tǒng)名為碳/空氣二次電池(CASB)，由固體氧化物燃料和電解電芯(SOFC/ECs)構(gòu)成，利用電解二氧化碳(CO2)產(chǎn)生的碳，與空氣氧化產(chǎn)生能量。通過向SOFC/ECs供應(yīng)壓縮液化CO2，以構(gòu)建能量儲存系統(tǒng)。

研究人員表示，CASB類似于電池，利用可再生能源產(chǎn)生的能量充電，將CO2還原為C。在隨后的放電階段，C被氧化以產(chǎn)生能量。由于碳被儲存在SOFCs/ECs的有限空間中，CASB的能量密度受限于其可容納的碳數(shù)量。盡管如此，研究人員發(fā)現(xiàn)，與氫儲存系統(tǒng)相比，CASB擁有更高的體積能量密度。

電池性能的另一個指標(biāo)是充放電效率。為了評估這一指標(biāo)，研究人員進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，并觀察到C和CO2之間的轉(zhuǎn)換是由于“波多反應(yīng)”(Boudouard reactions)，其特征是CO、CO2和C的混合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)。在充電期間，通過電化學(xué)還原CO2，以及波多分解還原CO，將C沉積在電極上。在放電期間，通過波多氣化反應(yīng)和電化學(xué)氧化，C被分別氧化成CO和CO2。研究人員發(fā)現(xiàn)，CASB用于發(fā)電的C利用率，取決于3種不同碳物種(C、CO2、CO)之間的平衡，也就是所謂的“波多平衡”。

CASB系統(tǒng)能夠利用沉積在電極上的大部分碳發(fā)電，并表現(xiàn)出高達(dá)84%的庫倫效率。這表明，表明大部分儲存的能量可在放電階段獲得。此外，在800℃和100 mA cm -2 下，功率密度高達(dá)80 mW/cm2，可保持38%的充放電效率。這首次證明具有波多平衡的 CASB 系統(tǒng)，經(jīng)過重復(fù)發(fā)電(10 次充放電循環(huán))沒有退化，燃料電極沒有發(fā)生降解。

研究人員表示，與儲氫系統(tǒng)相比，預(yù)計CASB系統(tǒng)的尺寸更小，系統(tǒng)效率更高。這為開發(fā)緊湊高效的碳儲能系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，再加上使用可再生能源，有助于實(shí)現(xiàn)無化石燃料未來。 

原標(biāo)題：東京工業(yè)大學(xué)開發(fā)碳-空氣電池 推動下一代儲能系統(tǒng)發(fā)展