东京工业大学开发碳-空气电池 推动下一代储能系统发展
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盖世汽车 Elisha2021-12-23

东京工业大学推出由固体氧化物燃料和电解电芯构成的替代性电能储存系统CASB,利用电解CO2产生的碳与空气氧化产生能量,助力无化石燃料未来。

盖世汽车讯 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。

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。

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