全天候储能：新型太阳光电化学电池
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传统太阳能电池往往只有在白天时，才能快速将所吸收到的太阳光转换为电能，除了在天黑时无法发电外，太阳能电池本身也无法储存白天所产生的多余电力。不过，科学家研发出一种新的太阳光电化学电池(PEC)，其光化学能转换不受限于白天或黑夜，可全天候且有效率的储存电能。 太阳光电化学电池(PEC)经光线照射后，若光的能量大于其本身的电子能隙，就能将其价带中受到束缚的电子，激发到传导带，进而将吸收到的太阳光转换为电能，此外，太阳光电化学电池还能透过太阳辐射直接分解水制氢，其特性使太阳能可在智能电网中发挥更大作用，也因此让太阳光电化学电池格外受到瞩目。 但目前的 PEC 电池并不能有效储存电能，电子很容易就变回低能量状态，也就是说，若阳光充足、其他类型的太阳能电池正在全速产生能量的同时，PEC 电池却只能以效率较低的方式，发挥其相当微量的价值。 不过，美国德州大学阿灵顿分校(University of Texas at Arlington)材料科学及工程系助理教授 Fuqiang Liu 及其团队研发出一种新型 PEC 电池，其光电极(将入射的光子转换为电子)的设计不同于以往的 PEC 电池，光电极混合三氧化钨及二氧化钛，可有效地长时间储存电子。 除了特殊设计的光电极外，该系统还包括全钒氧化还原液流电池(VRB)，其为一种蓄电池，利用钒离子在不同氧化态下的不同化学势能保存能量。钒液流电池能量转换效率可高达 75% 以上，且虽然能量密度较低，但比锂电池安全，即使正负极电解液混合也不会产生危险反应。 其他特性包括几乎不受温度限制，以及其容量大小取决于电解液，只要增加电解液的体积，就可增加钒液流电池的电量，功率最大值甚至可达 GW。此外，钒液流电池只有在使用时电解液才会循环，充放电时不像其他电池常有物相变化，可深度放电而不损伤电池，因此电池使用寿命较长。 研究人员表示，钒液流电池与 PEC 电池的混合电极配合得相当好，因此研究人员能大幅提高电流，让电池具有高可逆性(95% 的法拉第电流效率)与高容量的能量储存，并证明了在该电池中“太阳能与电子能同时进行可逆储存”，让储能效率提高许多。团队目前正建立更大的系统原型，希望能透过这项技术，让 PEC 电池更能有效运用于智能电网中。 |
