釩液流電池加持,新型太陽光電化學電池可全天候儲能!

作者 | 發布日期 2015 年 07 月 16 日 18:53 | 分類 太陽能 , 能源科技 , 電力儲存 follow us in feedly
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傳統太陽能電池往往只有在白天時,才能快速將所吸收到的太陽光轉換為電能,除了在天黑時無法發電外,太陽能電池本身也無法儲存白天所產生的多餘電力。不過,科學家研發出一種新的太陽光電化學電池(PEC),其光化學能轉換不受限於白天或黑夜,可全天候且有效率的儲存電能。



太陽光電化學電池(PEC)經光線照射後,若光的能量大於其本身的電子能隙,就能將其價帶中受到束縛的電子,激發到傳導帶,進而將吸收到的太陽光轉換為電能,此外,太陽光電化學電池還能透過太陽輻射直接分解水製氫,其特性使太陽能可在智慧電網中發揮更大作用,也因此讓太陽光電化學電池格外受到矚目。

但目前的 PEC 電池並不能有效儲存電能,電子很容易就變回低能量狀態,也就是說,若陽光充足、其他類型的太陽能電池正在全速產生能量的同時,PEC 電池卻只能以效率較低的方式,發揮其相當微量的價值。

不過,美國德州大學阿靈頓分校(University of Texas at Arlington)材料科學及工程系助理教授 Fuqiang Liu 及其團隊研發出一種新型 PEC 電池,其光電極(將入射的光子轉換為電子)的設計不同於以往的 PEC 電池,光電極混合三氧化鎢及二氧化鈦,可有效地長時間儲存電子。

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除了特殊設計的光電極外,該系統還包括全釩氧化還原液流電池(VRB),其為一種蓄電池,利用釩離子在不同氧化態下的不同化學勢能保存能量。釩液流電池能量轉換效率可高達 75% 以上,且雖然能量密度較低,但比鋰電池安全,即使正負極電解液混合也不會產生危險反應。

其他特性包括幾乎不受溫度限制,以及其容量大小取決於電解液,只要增加電解液的體積,就可增加釩液流電池的電量,功率最大值甚至可達 GW。此外,釩液流電池只有在使用時電解液才會循環,充放電時不像其他電池常有物相變化,可深度放電而不損傷電池,因此電池使用壽命較長。

研究人員表示,釩液流電池與 PEC 電池的混合電極配合得相當好,因此研究人員能大幅提高電流,讓電池具有高可逆性(95% 的法拉第電流效率)與高容量的能量儲存,並證明了在該電池中「太陽能與電子能同時進行可逆儲存」,讓儲能效率提高許多。團隊目前正建立更大的系統原型,希望能透過這項技術,讓 PEC 電池更能有效運用於智慧電網中。

(圖片來源:University of Texas at Arlington

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