隨著全球對可再生能源的需求不斷上升,能源儲存技術面臨著前所未有的挑戰。然而,近年來,可逆固態氧化電池(rSOC)技術正在吸引越來越多的關注,因為它在效率和應用靈活性方面顯示出巨大的潛力。這項技術的獨特性在於它能夠同時扮演燃料電池和電解電池的角色,這使其在長期和季節性能源儲存方面具有了革命性的意義。
可逆固態氧化電池由四個主要部分組成:電解質、燃料電極、氧電極和互聯體。電解質是固態層,具備良好的氧離子導電性,但不導電。燃料電極和氧電極則是具多孔性的材料,能夠促進反應物在其內部的擴散及進行電化學反應。
當rSOC運作在SOFC模式時,氧離子會從氧電極流向燃料電極,進而實現燃料的氧化反應;當然,在SOEC模式下,產品被還原,生成可回饋的燃料。
極化曲線是評估可逆固態氧化電池性能的最常用工具,表示電流密度與電池操作電壓之間的關係。這條曲線能夠揭示在不同的操作條件下,rSOC的性能損失來源,例如活化損失、歐姆損失和濃度損失,這三種損失加總之後形成了稱為過電位的指標。
有趣的是,即使在SOFC和SOEC模式下,只要反應物的氣體組成相同,開路電壓(OCV)也是相同的。
可逆固態氧化電池在運行中可以處理多種不同的反應物,例如氫氣及其形態的轉換,以及碳基反應物的使用。這使得rSOC在相對低溫的電池技術中顯得尤其獨特。舉例來說,使用氫氣和水蒸氣來進行電化學反應時,正向反應為氫氣的氧化,而反向反應則是水分的還原反應。
在SOFC模式下,氫的氧化反應產生水和電子;在SOEC模式下,水被還原回氫氣。
由於rSOC能夠有效地在高溫下運行,使其在季節性能源儲存中相較於傳統技術如抽水蓄能和壓縮空氣儲能展現出更多優勢。這些技術通常受到地理限制,而鋰離子電池的放電能力亦有限。儲氫技術的出現,為長期存儲提供了可能性,因為產出的氫氣可以壓縮並存儲數月之久。
rSOC不僅提高了效率,還使得充電和放電過程在同一設備上進行,這在經濟上具有更高的可行性。
隨著可再生能源的蓬勃發展,rSOC技術的成熟與應用將會成為未來能源領域的重要一環。這不僅需仰賴持續的技術創新,更需要消費者與產業界的共同努力。未來,我們能否充分利用這一技術,在平衡能源供需的同時,推動全球可持續發展的進程呢?