Mentre la domanda globale di energia rinnovabile continua ad aumentare, la tecnologia di stoccaggio dell'energia si trova ad affrontare sfide senza precedenti. Tuttavia, negli ultimi anni, la tecnologia delle celle di ossidazione reversibile allo stato solido (rSOC) sta attirando sempre più attenzione in quanto mostra un grande potenziale in termini di efficienza e flessibilità applicativa. La tecnologia è unica nella sua capacità di agire sia come cella a combustibile che come cella elettrolitica, rendendola rivoluzionaria per lo stoccaggio di energia a lungo termine e stagionale.
Le batterie ad ossidazione reversibile allo stato solido sono composte da quattro parti principali: elettrolita, elettrodo del carburante, elettrodo dell'ossigeno e interconnettore. L'elettrolita è uno strato solido che ha una buona conduttività degli ioni di ossigeno ma non conduce elettricità. L'elettrodo del combustibile e l'elettrodo dell'ossigeno sono materiali porosi in grado di favorire la diffusione dei reagenti al loro interno e di effettuare reazioni elettrochimiche.
Quando rSOC funziona in modalità SOFC, gli ioni di ossigeno fluiranno dall'elettrodo dell'ossigeno all'elettrodo del carburante, realizzando così la reazione di ossidazione del carburante, ovviamente, in modalità SOEC, il prodotto viene ridotto per generare carburante che può essere alimentato Indietro.
Le curve di polarizzazione sono lo strumento più comune per valutare le prestazioni delle batterie ad ossidazione reversibile allo stato solido e rappresentano la relazione tra densità di corrente e tensione operativa della batteria. Questa curva può rivelare le fonti della perdita di prestazioni di rSOC in diverse condizioni operative, come perdita di attivazione, perdita ohmica e perdita di concentrazione. La somma di queste tre perdite forma un indicatore chiamato sovrapotenziale.
È interessante notare che la tensione a circuito aperto (OCV) è la stessa anche nelle modalità SOFC e SOEC purché la composizione del gas dei reagenti sia la stessa.
Le celle di ossidazione reversibile allo stato solido possono gestire una varietà di reagenti diversi durante il funzionamento, come la conversione dell'idrogeno e la sua forma, nonché l'uso di reagenti a base di carbonio. Ciò rende rSOC particolarmente unico tra le tecnologie delle batterie a temperatura relativamente bassa. Ad esempio, quando si utilizza idrogeno e vapore acqueo per eseguire una reazione elettrochimica, la reazione diretta è l'ossidazione dell'idrogeno, mentre la reazione inversa è la riduzione dell'acqua.
In modalità SOFC, la reazione di ossidazione dell'idrogeno produce acqua ed elettroni; in modalità SOEC, l'acqua viene ridotta nuovamente ad idrogeno.
Poiché rSOC può funzionare efficacemente a temperature elevate, presenta maggiori vantaggi rispetto alle tecnologie tradizionali come lo stoccaggio di energia idroelettrica con pompaggio e aria compressa nello stoccaggio di energia stagionale. Queste tecnologie sono spesso geograficamente limitate e le batterie agli ioni di litio hanno capacità di scarica limitate. L’emergere della tecnologia di stoccaggio dell’idrogeno offre la possibilità di uno stoccaggio a lungo termine, poiché l’idrogeno prodotto può essere compresso e immagazzinato per diversi mesi.
rSOC non solo migliora l'efficienza, ma consente anche di eseguire i processi di carica e scarica sullo stesso dispositivo, il che è più fattibile dal punto di vista economico.
Con il vigoroso sviluppo delle energie rinnovabili, la maturità e l'applicazione della tecnologia rSOC diventeranno una parte importante del futuro campo energetico. Ciò non si basa solo sulla continua innovazione tecnologica, ma richiede anche gli sforzi congiunti dei consumatori e dell’industria. In futuro, potremo sfruttare appieno questa tecnologia per promuovere il processo di sviluppo sostenibile globale bilanciando domanda e offerta di energia?