Language
Country/Area
No result found
Bí mật của pin oxit thể rắn có thể đảo ngược: Làm thế nào để chúng sạc và xả đồng thời?
Với nhu cầu ngày càng tăng trên toàn cầu về năng lượng tái tạo và công nghệ lưu trữ năng lượng hiệu suất cao, pin oxit thể rắn có thể đảo ngược (rSOC) đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu hấp dẫn. Công nghệ mới nổi này không chỉ có thể hoạt động như một pin nhiên liệu oxy hóa thể rắn mà còn có thể được chuyển đổi thành một bộ điện phân thể rắn, giúp cải thiện hiệu quả lưu trữ và chuyển đổi năng lượng. Bài viết này sẽ xem xét kỹ hơn cấu trúc, nguyên lý hoạt động và tiềm năng của rSOC trong việc lưu trữ năng lượng.
Pin oxy hóa trạng thái rắn thuận nghịch là thiết bị điện hóa trạng thái rắn có thể hoạt động xen kẽ giữa chế độ pin nhiên liệu oxy hóa trạng thái rắn và chế độ điện phân trạng thái rắn.
Mô tả kỹ thuật
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của pin
Hệ thống rSOC bao gồm bốn thành phần chính: điện cực điện phân, nhiên liệu và oxy, và các thành phần kết nối. Các lớp xốp của các điện cực này tạo điều kiện cho các chất phản ứng khuếch tán bên trong chúng và xúc tác các phản ứng điện hóa. Trong các công nghệ thông thường như SOFC và SOEC, mỗi điện cực có một chức năng duy nhất, nhưng trong các cell oxy hóa trạng thái rắn thuận nghịch, cả hai chế độ có thể được thay đổi luân phiên trong cùng một thiết bị. Điều này cho phép sử dụng những tên gọi chung hơn khi mô tả các điện cực, chẳng hạn như điện cực nhiên liệu và điện cực oxy.
Ở chế độ SOFC, phản ứng oxy hóa nhiên liệu xảy ra ở điện cực nhiên liệu, trong khi ở chế độ SOEC, phản ứng là phản ứng khử của các ion oxy. Trên điện cực oxy, phản ứng khử oxy diễn ra ở chế độ SOFC và phản ứng oxy hóa diễn ra ở chế độ SOEC. Khi rSOC hoạt động ở chế độ SOFC, các ion oxy chảy từ điện cực oxy đến điện cực nhiên liệu, tại đó xảy ra phản ứng oxy hóa; trong khi ở chế độ SOEC, các chất phản ứng bị khử ở cực dương và tạo ra các ion oxy, sau đó lại chảy đến điện cực oxy.
Đường cong phân cực
Một công cụ phổ biến để đánh giá hiệu suất rSOC là đường cong phân cực. Biểu đồ này hiển thị mối quan hệ giữa mật độ dòng điện của pin và điện áp hoạt động của pin. Khi mạch rSOC không đóng, điện áp hoạt động được gọi là điện áp mạch hở. Khi một dao động hoặc dòng điện nhất định được trích xuất hoặc cung cấp, điện áp hoạt động sẽ bắt đầu lệch khỏi điện áp mạch hở, chủ yếu bị ảnh hưởng bởi tổn thất kích hoạt, tổn thất ômi và tổn thất nồng độ.
Phản ứng hóa họcỞ chế độ SOEC, nếu điện áp hoạt động thấp hơn điện áp nhiệt trung tính, phản ứng là thu nhiệt; nếu điện áp lớn hơn điện áp nhiệt trung tính, phản ứng là tỏa nhiệt.
Trong hoạt động của rSOC, phản ứng giữa hydro và hơi nước là phản ứng hóa học phổ biến. Ở chế độ SOFC, hydro phản ứng với oxy để tạo thành nước, trong khi ở chế độ SOEC, nước bị phân hủy trở lại thành hydro và oxy.
Ngoài ra, rSOC không chỉ giới hạn ở phản ứng hydro mà còn có thể xử lý các chất phản ứng có chứa carbon như mêtan. Các phản ứng hóa học này có thể được thực hiện ở nhiệt độ cao với nguy cơ ngộ độc chất xúc tác thấp hơn, mang lại nhiều lựa chọn linh hoạt hơn cho việc chuyển đổi năng lượng.
Amoniac là chất mang hydro tiềm năng vì mật độ thể tích cao của nó cho phép sử dụng làm nhiên liệu hiệu quả.
Hệ thống rSOC và ứng dụng của nó trong lưu trữ năng lượng
rSOC ngày càng thu hút sự chú ý do hiệu suất tuyệt vời của nó, đặc biệt là trong lưu trữ năng lượng theo mùa hoặc theo định kỳ. So với các công nghệ lưu trữ năng lượng bằng bơm và khí nén truyền thống, hệ thống rSOC có những ưu điểm đáng kể về mặt không có hạn chế về mặt địa lý và mật độ lưu trữ năng lượng cao hơn.
Trong trường hợp này, lưu trữ hydro trở thành lựa chọn lý tưởng. rSOC có thể thực hiện các hoạt động song phương trong quá trình phát điện và chuyển đổi hydro. Hiệu suất cao như vậy không chỉ làm giảm tổng chi phí đầu tư của thiết bị mà còn tăng cường tính ổn định của hệ thống.
Hiệu suất mạch
Khi thảo luận về rSOC, hiệu suất vòng lặp là một chỉ số rất quan trọng, biểu thị hiệu suất của quá trình chuyển đổi năng lượng từ sạc sang xả. Khi hiệu suất pin được cải thiện, thông số này sẽ trở thành yếu tố quan trọng quyết định khả năng cạnh tranh của rSOC trên thị trường.
Hiệu suất vòng lặp của rSOC có thể được sử dụng như một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu quả của nó trong việc chuyển đổi năng lượng.
Khi nhu cầu về công nghệ năng lượng tái tạo tiếp tục tăng, liệu pin oxit thể rắn có thể đảo ngược có thể trở thành giải pháp chính thống để lưu trữ năng lượng trong tương lai không?
