Language
Country/Area
No result found
أسرار بطاريات أكسيد الحالة الصلبة القابلة للعكس: كيف يتم شحنها وتفريغها في نفس الوقت؟
خلية الأكسدة ذات الحالة الصلبة القابلة للعكس هي جهاز كهروكيميائي ذو حالة صلبة يمكنه العمل بالتناوب بين خلية وقود الأكسدة ذات الحالة الصلبة وأوضاع المحلل الكهربائي ذات الحالة الصلبة.
الوصف الفني
بنية البطارية ومبدأ عملها
يتكون نظام rSOC من أربعة مكونات رئيسية: الإلكتروليت والوقود وأقطاب الأكسجين ومكونات الربط. تسهل الطبقات المسامية لهذه الأقطاب الكهربائية انتشار المواد المتفاعلة داخلها وتحفز التفاعلات الكهروكيميائية. في التقنيات التقليدية مثل خلايا SOFCs و SOECs، يكون لكل قطب كهربائي وظيفة واحدة، ولكن في خلايا الأكسدة ذات الحالة الصلبة القابلة للعكس، يمكن تبديل كلا الوضعين في نفس الجهاز. وهذا يسمح باستخدام أسماء أكثر عمومية عند وصف الأقطاب الكهربائية، مثل قطب الوقود وقطب الأكسجين.
في وضع SOFC، يحدث تفاعل أكسدة الوقود عند قطب الوقود، بينما في وضع SOEC، يكون عبارة عن تفاعل اختزال لأيونات الأكسجين. على قطب الأكسجين، يحدث تفاعل اختزال الأكسجين في وضع SOFC وتفاعل الأكسدة في وضع SOEC. عندما يعمل rSOC في وضع SOFC، تتدفق أيونات الأكسجين من قطب الأكسجين إلى قطب الوقود، حيث تحدث تفاعلات الأكسدة؛ بينما في وضع SOEC، يتم تقليل المتفاعلات عند الأنود وتنتج أيونات الأكسجين، والتي تتدفق مرة أخرى إلى قطب الأكسجين.
منحنى الاستقطاب
الأداة الشائعة لتقييم أداء rSOC هي منحنى الاستقطاب. يوضح هذا الرسم البياني العلاقة بين كثافة التيار في البطارية وجهد التشغيل الخاص بها. عندما لا تكون دائرة rSOC مغلقة، يسمى جهد التشغيل بجهد الدائرة المفتوحة. عند استخراج أو توفير تقلب أو تيار معين، سيبدأ جهد التشغيل في الانحراف عن جهد الدائرة المفتوحة، والذي يتأثر بشكل أساسي بخسائر التنشيط والخسائر الأومية وخسائر التركيز.
التفاعلات الكيميائيةفي وضع SOEC، إذا كان جهد التشغيل أقل من الجهد المحايد الحراري، يكون التفاعل ماصًا للحرارة؛ وإذا كان أكبر من الجهد المحايد الحراري، يكون طاردًا للحرارة.
في عملية rSOC، يعتبر التفاعل بين الهيدروجين وبخار الماء تفاعلًا كيميائيًا شائعًا. في وضع SOFC، يتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين الماء، بينما في وضع SOEC، يتحلل الماء مرة أخرى إلى هيدروجين وأكسجين.
بالإضافة إلى ذلك، لا يقتصر rSOC على تفاعلات الهيدروجين، بل يمكنه أيضًا معالجة المتفاعلات المحتوية على الكربون مثل الميثان. يمكن إجراء هذه التفاعلات الكيميائية في درجات حرارة عالية مع انخفاض خطر التسمم بالمحفز، مما يوفر خيارات أكثر مرونة لتحويل الطاقة.
يعتبر الأمونيا ناقلًا محتملًا للهيدروجين، حيث أن كثافته الحجمية العالية تمكنه من استخدامه كوقود فعال.
نظام rSOC وتطبيقاته في تخزين الطاقة
لقد حظيت مادة rSOC باهتمام متزايد بسبب أدائها الممتاز، وخاصة في مجال تخزين الطاقة الدورية أو الموسمية. وبالمقارنة بتقنيات تخزين الطاقة التقليدية بالضخ وتخزين الطاقة بالهواء المضغوط، تتمتع أنظمة rSOC بمزايا كبيرة من حيث عدم وجود قيود جغرافية وكثافة تخزين الطاقة الأعلى.
في هذا السيناريو، يصبح تخزين الهيدروجين خيارًا مثاليًا. يمكن لـ rSOC إجراء عمليات ثنائية الاتجاه في توليد الطاقة وتحويل الهيدروجين. لا تعمل هذه الكفاءة العالية على تقليل التكلفة الإجمالية للاستثمار في المعدات فحسب، بل تعمل أيضًا على تعزيز استقرار النظام.
كفاءة الدائرة
عند مناقشة rSOC، تعتبر كفاءة الحلقة مؤشرًا مهمًا للغاية، حيث تمثل كفاءة عملية تحويل الطاقة من الشحن إلى التفريغ. ومع تحسن أداء البطارية، ستصبح هذه المعلمة عاملاً مهماً في تحديد القدرة التنافسية لـ rSOC في السوق.
يمكن استخدام كفاءة حلقة rSOC كمؤشر مهم لتقييم فعاليتها في تحويل الطاقة.
مع استمرار زيادة الطلب على تقنيات الطاقة المتجددة، هل يمكن أن تصبح بطاريات أكسيد الحالة الصلبة القابلة للعكس حلاً رئيسيًا لتخزين الطاقة في المستقبل؟
