Badania wykazały, że akumulator węglowy/powietrzny może być wykorzystywany jako system magazynowania energii nowej generacji. System wykorzystuje węgiel jako źródło energii. Potencjalnie ma doskonałą gęstość energii i wydajność ładowania-rozładowania sięgającą 38% w 10 cyklach.
Magazynowanie energii z pomocą wodoru
Jedną z barier w wytwarzaniu energii elektrycznej z wiatru i energii słonecznej jest ich nieciągły charakter. Obiecującą technologią w tej sytuacji wydawał się wodorowy magazyn energii. System wytwarza wodór poprzez elektrolizę, a następnie generuje energię elektryczną z wodoru. Potencjalnie może być to świetny system magazynowania energii na dużą skalę. Według twórców mógłby on być wykorzystywany do przenoszenia większej ilości energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych.
Z drugiej jednak strony takie systemy mają stosunkowo słabą wydajność. Ponadto wymagają kompleksowego zarządzania ciepłem. W dodatku muszą być wystarczająco duże, aby poprawić wykorzystanie ciepła odpadowego i zwiększyć wydajność systemu. To istotne ograniczenia.
Alternatywny system magazynowania energii
Ze względu na powyższe ograniczenia naukowcy z Tokyo Institute of Technology zaproponowali alternatywny system magazynowania energii. Nowy system zwany jest wtórnym akumulatorem węglowym/powietrznym (carbon/air secondary battery – CASB).
W porównaniu z wodorowymi systemami magazynowania oczekuje się, że system CASB będzie miał mniejszy rozmiar i większą wydajność.
Manabu Ihara, profesor z Tokyo Institute of Technology
Wtórny akumulator węglowy/powietrzny wykorzystuje reakcje redoks węgla/dwutlenku węgla i ma wyższą objętościową gęstość energii niż wodorowe systemy magazynowania energii. Alternatywa dla wodorowego magazynu jest nie tylko mniejsza, ale również bardziej wydajna. O tym wszystkim dowiadujemy się z badania opublikowanego w Journal of Power Sources.
Akumulator węglowo-powietrzny – sposób działania
Nowoopracowany system składa się ze stałotlenkowych ogniw paliwowych i elektrolitycznych. System działa tak, że najpierw wytwarza się węgiel w wyniku elektrolizy dwutlenku węgla. Następnie utlenia się go powietrzem w celu wytworzenia energii. Ogniwa wchodzące w skład mechanizmu mogą być zasilane sprężonym skroplonym dwutlenkiem węgla w celu uzupełnienia systemu magazynowania energii.
Podobnie jak baterie, CASB wykorzystuje energię wytworzoną ze źródeł odnawialnych do ładowania i redukcji dwutlenku węgla do węgla. W kolejnej fazie rozładowania węgiel jest utleniany w celu wytworzenia energii.
Manabu Ihara
Naukowcy przetestowali mechanizm zwracając szczególną uwagę na gęstość energii oraz wydajność ładowania i rozładowania akumulatorów węglowych/powietrznych. Ponieważ węgiel jest przechowywany w zamkniętej przestrzeni ogniw, gęstość energii wspomnianych akumulatorów ogranicza ilość węgla, jaką może on pomieścić. Pomimo tego ograniczenia naukowcy odkryli, że CASB miał wyższą objętościową gęstość energii w porównaniu z wodorowymi systemami magazynowania energii.
Ponadto po raz pierwszy udowodniono, że system CASB nie ulega degradacji przy powtarzalnym wytwarzaniu energii (10 cykli ładowania-rozładowania) w równowadze reakcji Boudouarda. System CASB był w stanie wykorzystać większość węgla osadzonego na elektrodzie do wytwarzania energii, osiągając maksymalną sprawność kulombowską (coulombic efficiency) na poziomie 84%. To natomiast oznacza, że większość zmagazynowanej energii można uzyskać podczas fazy rozładowania. Dodatkowo system wykazał sprawność ładowania i rozładowania na poziomie 38% i gęstość mocy 80 mW cm-2.