太陽(yáng)光電化學(xué)電池(PEC)經(jīng)光線照射后,若光的能量大于其本身的電子能隙,就能將其價(jià)帶中受到束縛的電子,激發(fā)到傳導(dǎo)帶,進(jìn)而將吸收到的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能,此外,太陽(yáng)光電化學(xué)電池還能透過(guò)太陽(yáng)輻射直接分解水制氫,其特性使太陽(yáng)能可在智慧電網(wǎng)中發(fā)揮更大作用,也因此讓太陽(yáng)光電化學(xué)電池格外受到矚目。
但目前的 PEC 電池并不能有效儲(chǔ)存電能,電子很容易就變回低能量狀態(tài),也就是說(shuō),若陽(yáng)光充足、其他類(lèi)型的太陽(yáng)能電池正在全速產(chǎn)生能量的同時(shí),PEC 電池卻只能以效率較低的方式,發(fā)揮其相當(dāng)微量的價(jià)值。
不過(guò),美國(guó)德州大學(xué)阿靈頓分校(University of Texas at Arlington)材料科學(xué)及工程系助理教授 Fuqiang Liu 及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種新型 PEC 電池,其光電極(將入射的光子轉(zhuǎn)換為電子)的設(shè)計(jì)不同于以往的 PEC 電池,光電極混合三氧化鎢及二氧化鈦,可有效地長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存電子。
除了特殊設(shè)計(jì)的光電極外,該系統(tǒng)還包括全釩氧化還原液流電池(VRB),其為一種蓄電池,利用釩離子在不同氧化態(tài)下的不同化學(xué)勢(shì)能保存能量。釩液流電池能量轉(zhuǎn)換效率可高達(dá) 75% 以上,且雖然能量密度較低,但比鋰電池安全,即使正負(fù)極電解液混合也不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)反應(yīng)。
其他特性包括幾乎不受溫度限制,以及其容量大小取決于電解液,只要增加電解液的體積,就可增加釩液流電池的電量,功率最大值甚至可達(dá) GW。此外,釩液流電池只有在使用時(shí)電解液才會(huì)循環(huán),充放電時(shí)不像其他電池常有物相變化,可深度放電而不損傷電池,因此電池使用壽命較長(zhǎng)。
研究人員表示,釩液流電池與 PEC 電池的混合電極配合得相當(dāng)好,因此研究人員能大幅提高電流,讓電池具有高可逆性(95% 的法拉第電流效率)與高容量的能量?jī)?chǔ)存,并證明了在該電池中“太陽(yáng)能與電子能同時(shí)進(jìn)行可逆儲(chǔ)存”,讓儲(chǔ)能效率提高許多。團(tuán)隊(duì)目前正建立更大的系統(tǒng)原型,希望能透過(guò)這項(xiàng)技術(shù),讓 PEC 電池更能有效運(yùn)用于智慧電網(wǎng)中。