風(fēng)能和太陽能發(fā)電的障礙之一是它們的間歇性。在不利的環(huán)境條件下適應(yīng)功率輸出波動(dòng)的一個(gè)有前途的替代方案是儲(chǔ)氫系統(tǒng)，它使用水分解產(chǎn)生的氫來產(chǎn)生清潔電力。然而，這些系統(tǒng)效率低下，通常需要很大的尺寸來彌補(bǔ)。反過來，這會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜的熱管理以及降低的能量和功率密度。

       在發(fā)表在《電源雜志》上的一項(xiàng)研究中，東京理工大學(xué)的研究人員現(xiàn)在提出了一種替代的電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用碳 (C) 作為能源而不是氫。新系統(tǒng)稱為“碳/空氣二次電池 (CASB)”，由固體氧化物燃料和電解電池 (SOFC/EC) 組成，其中通過電解二氧化碳 (CO² )產(chǎn)生的碳被空氣氧化成產(chǎn)生能量?？梢韵?SOFC/EC 供應(yīng)壓縮的液化CO² 以構(gòu)成能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。
       “類似于電池，CASB 使用可再生能源產(chǎn)生的能量充電，將CO² 還原為 C。在隨后的放電階段，C 被氧化以產(chǎn)生能量，”東京工業(yè)大學(xué)的 Manabu Ihara 教授解釋說。
       由于碳儲(chǔ)存在 SOFCs/ECs 的密閉空間中，CASB 的能量密度受到它可以容納的碳量的限制。盡管有這個(gè)限制，研究人員發(fā)現(xiàn) CASB 與儲(chǔ)氫系統(tǒng)相比具有更高的體積能量密度。
       電池性能的另一個(gè)指標(biāo)是充放電效率。為了評(píng)估這個(gè)指標(biāo)，研究人員進(jìn)行了一次充放電實(shí)驗(yàn)。他們觀察到 C 和CO² 之間的轉(zhuǎn)化是由于“Boudouard 反應(yīng)”，其特征是一氧化碳 (CO)、CO² 和 C的混合物的氧化還原反應(yīng)。具體而言，在充電階段，C 沉積在電極上通過CO² 的電化學(xué)還原和通過 Boudouard 分解的 CO 還原。在放電階段，C 被氧化成 CO 和 CO² 分別通過 Boudouard 氣化反應(yīng)和電化學(xué)氧化。研究人員發(fā)現(xiàn)，CASB 用于發(fā)電的 C 利用率取決于 3 種不同碳物種（C、CO² 、CO）之間的平衡，也稱為“Boudouard 平衡”。
       CASB 系統(tǒng)能夠使用沉積在電極上的大部分碳來產(chǎn)生能量，表現(xiàn)出 84% 的高庫侖效率，表明大部分存儲(chǔ)的能量可以在放電階段獲得。此外，它顯示出80 mW/cm²的卓越功率密度和 38% 的充放電效率，可在 10 次充放電循環(huán)中持續(xù)。這表明沒有發(fā)生燃料電極的退化。
       “與儲(chǔ)氫系統(tǒng)相比，CASB 系統(tǒng)預(yù)計(jì)具有更小的系統(tǒng)尺寸和更高的系統(tǒng)效率，”Ihara 教授說。他們的新系統(tǒng)可以為緊湊高效的碳能源存儲(chǔ)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，該系統(tǒng)可以與可再生能源一起工作，實(shí)現(xiàn)無化石燃料的未來。