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（圖片來源：techxplore）

 

       風能和太陽能發電的障礙之一在于其不穩定性。作為有前景的替代方案之一，使用儲氫系統，有助于在不良環境條件下，適應功率輸出波動。該類系統通過水分解制氫，以產生清潔電力。然而，這些系統的效率較低，通常需要擴大規模，從而導致熱管理較為復雜，并降低能量和功率密度。

 

       據外媒報道，東京工業大學（Tokyo Tech）的研究人員提出一種替代性電能儲存系統，以碳為能源，而不是氫氣。新系統名為碳/空氣二次電池（CASB），由固體氧化物燃料和電解電芯（SOFC/ECs）構成，利用電解二氧化碳（CO2）產生的碳，與空氣氧化產生能量。通過向SOFC/ECs供應壓縮液化CO2，以構建能量儲存系統。

 

       研究人員表示，CASB類似于電池，利用可再生能源產生的能量充電，將CO2還原為C。在隨后的放電階段，C被氧化以產生能量。由于碳被儲存在SOFCs/ECs的有限空間中，CASB的能量密度受限于其可容納的碳數量。盡管如此，研究人員發現，與氫儲存系統相比，CASB擁有更高的體積能量密度。

 

       電池性能的另一個指標是充放電效率。為了評估這一指標，研究人員進行充放電實驗，并觀察到C和CO2之間的轉換是由于“波多反應”（Boudouard reactions），其特征是CO、CO2和C的混合物發生氧化還原反應。在充電期間，通過電化學還原CO2，以及波多分解還原CO，將C沉積在電極上。在放電期間，通過波多氣化反應和電化學氧化，C被分別氧化成CO和CO2。研究人員發現，CASB用于發電的C利用率，取決于3種不同碳物種(C、CO2、CO)之間的平衡，也就是所謂的“波多平衡”。

 

       CASB系統能夠利用沉積在電極上的大部分碳發電，并表現出高達84%的庫倫效率。這表明，表明大部分儲存的能量可在放電階段獲得。此外，在800℃和100 mA cm -2 下，功率密度高達80 mW/cm2，可保持38%的充放電效率。這首次證明具有波多平衡的 CASB 系統，經過重復發電（10 次充放電循環）沒有退化，燃料電極沒有發生降解。

 

       研究人員表示，與儲氫系統相比，預計CASB系統的尺寸更小，系統效率更高。這為開發緊湊高效的碳儲能系統奠定了基礎，再加上使用可再生能源，有助于實現無化石燃料未來。