Da die weltweite Nachfrage nach erneuerbaren Energien weiter steigt, steht die Energiespeichertechnologie vor beispiellosen Herausforderungen. In den letzten Jahren hat die Technologie der reversiblen Festkörperoxidationszelle (rSOC) jedoch immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da sie ein großes Potenzial hinsichtlich Effizienz und Anwendungsflexibilität aufweist. Die Technologie ist einzigartig in ihrer Fähigkeit, sowohl als Brennstoffzelle als auch als Elektrolysezelle zu fungieren, was sie für die langfristige und saisonale Energiespeicherung revolutionär macht.
Reversible Festkörperoxidationsbatterien bestehen aus vier Hauptteilen: Elektrolyt, Brennstoffelektrode, Sauerstoffelektrode und Verbindungsstück. Der Elektrolyt ist eine feste Schicht, die eine gute Leitfähigkeit für Sauerstoffionen aufweist, jedoch keinen Strom leitet. Die Brennstoffelektrode und die Sauerstoffelektrode sind poröse Materialien, die die Diffusion von Reaktanten in ihrem Inneren fördern und elektrochemische Reaktionen durchführen können.
Wenn rSOC im SOFC-Modus arbeitet, strömen Sauerstoffionen von der Sauerstoffelektrode zur Brennstoffelektrode, wodurch die Oxidationsreaktion des Brennstoffs realisiert wird. Im SOEC-Modus wird das Produkt natürlich reduziert, um Brennstoff zu erzeugen, der zugeführt werden kann zurück.
Polarisationskurven sind das gebräuchlichste Instrument zur Bewertung der Leistung von reversiblen Festkörperoxidationsbatterien und stellen die Beziehung zwischen Stromdichte und Batteriebetriebsspannung dar. Diese Kurve kann die Ursachen des Leistungsverlusts von rSOC unter verschiedenen Betriebsbedingungen aufzeigen, wie z. B. Aktivierungsverlust, Ohmscher Verlust und Konzentrationsverlust. Die Summe dieser drei Verluste bildet einen Indikator, der als Überpotential bezeichnet wird.
Interessanterweise ist die Leerlaufspannung (OCV) auch im SOFC- und SOEC-Modus gleich, solange die Gaszusammensetzung der Reaktanten gleich ist.
Reversible Festkörperoxidationszellen können während des Betriebs eine Vielzahl unterschiedlicher Reaktanten verarbeiten, beispielsweise die Umwandlung von Wasserstoff und seiner Form sowie die Verwendung von Reaktanten auf Kohlenstoffbasis. Dies macht rSOC unter den Batterietechnologien mit relativ niedrigen Temperaturen besonders einzigartig. Wenn beispielsweise Wasserstoff und Wasserdampf zur Durchführung einer elektrochemischen Reaktion verwendet werden, ist die Vorwärtsreaktion die Oxidation von Wasserstoff, während die Rückreaktion die Reduktion von Wasser ist.
Im SOFC-Modus erzeugt die Oxidationsreaktion von Wasserstoff Wasser und Elektronen; im SOEC-Modus wird Wasser wieder zu Wasserstoff reduziert.
Da rSOC bei hohen Temperaturen effektiv arbeiten kann, weist es bei der saisonalen Energiespeicherung mehr Vorteile gegenüber herkömmlichen Technologien wie Pumpwasser- und Druckluftspeicherung auf. Diese Technologien sind häufig geografisch begrenzt und Lithium-Ionen-Batterien verfügen nur über eine begrenzte Entladefähigkeit. Das Aufkommen der Wasserstoffspeichertechnologie bietet die Möglichkeit einer Langzeitspeicherung, da der erzeugte Wasserstoff komprimiert und über mehrere Monate gespeichert werden kann.
rSOC verbessert nicht nur die Effizienz, sondern ermöglicht auch die Durchführung der Lade- und Entladevorgänge auf demselben Gerät, was wirtschaftlicher ist.
Mit der starken Entwicklung erneuerbarer Energien werden die Reife und Anwendung der rSOC-Technologie zu einem wichtigen Teil des zukünftigen Energiebereichs. Dies erfordert nicht nur kontinuierliche technologische Innovation, sondern auch die gemeinsamen Anstrengungen von Verbrauchern und Industrie. Können wir diese Technologie in Zukunft voll ausschöpfen, um den Prozess der globalen nachhaltigen Entwicklung voranzutreiben und gleichzeitig Energieangebot und -nachfrage in Einklang zu bringen?