WVU设计出全能CCS燃料电池！可在极端工业条件下制造、储存电力来稳定电网

　　为了建立一个具有灵活性和弹性的现代电网，以处理潮起潮落的间歇能源，如太阳能和风能，西弗吉尼亚大学（West Virginia University，WVU）的工程师们设计并成功测试了一种燃料电池，它可以在储存或发电之间切换，也可以从水中产生氢气。

　　与类似的技术不同，这种燃料电池可以承受工业规模长时间高功率运行时产生的热量和蒸汽。此外，它还解决了现有的“质子陶瓷电化学电池”这一技术设计中的三大问题。

　　研究员Xingbo Liu，WVU Benjamin M. Statler工程与矿产资源学院的材料科学教授和研究副院长，解释说，由于PCECs在储能和发电之间切换，它们可能是一项颠覆性的技术，因为不堪重负的美国电网正在努力整合以不确定间隔从多个来源接收的电力——传统发电厂、水电站大坝、住宅太阳能电池板和太阳能电站、甚至是海浪能。

　　然而，Liu说，目前PCEC的设计，在高蒸汽环境中是不稳定的，层与层之间的连接很弱，它们在传导质子的关键任务中表现不佳。

　　“作为回应，我们的团队通过连接电解质构建了一个‘保形涂层支架’设计，我们用电催化剂层涂覆并密封它，该电催化剂层在蒸汽中稳定、吸收水分，并在温度上升和下降时保持完整。质子、热和电都可以穿过这种结构。”

　　Liu说：“他们的原型在600摄氏度和40%的湿度下工作了5000多个小时，通过电解过程分解分子产生电力和氢气。”

　　“此前，小型PCEC连续执行同一过程的最长时间是1833小时，在这种情况下，性能会随着时间的推移而下降。”

　　他说：“这项技术还没有准备好大规模应用。相比之下，我们的保形涂层支架设计在能量存储和能量生产模式下都表现得很好，因此我们还建立了一个测试系统，该系统使用CCS电池储存氢气并将其用于电解反应。我们的系统在这些模式之间平稳而频繁地来回切换时保持稳定，甚至在长达12小时的周期内也是如此。这就是我们如何在电网中实现平衡的方法，电网正在不断发展，以纳入更多间歇性、可持续的能源。”

西弗吉尼亚大学（West Virginia University，WVU）鸟瞰

　　该研究结果发表在《自然能源》（Nature Energy）的一篇论文上，论文作者是当时WVU的博士生、博士后研究员Hanchen Tian和当时WVU的研究助理教授Wei Li。其他贡献者包括博士后Qingyuan Li；Debangsu Bhattacharyya，GE塑料材料工程教授；Wenyuan Li，助理教授。

　　Tian说：“PCEC使用称为电解质的膜和称为氧电极的导体来移动质子。但在目前的PCEC设计中，蒸汽会进入电解质，导致它们随着时间的推移而失效。另一个问题是，电解质和电极在受热时膨胀的方式不同，因此它们之间的连接在使用过程中会减弱。”

　　WVU团队加入了钡离子来帮助涂层保持水分，从而促进质子的运动。他们还加入了镍离子来制造更大的CCS电池，这种电池保持稳定和平坦。而且由于PCEC依靠水蒸气运行，所以它可以用盐水或低质量的水来驱动，而不需要使用纯净水。

　　Tian说：“所有这些都显示出将规模扩大到工业水平的希望。我们证明，大规模制造CCS燃料电池是可能的，这种电池在激烈的条件下仍能保持强大和稳定。”

　　这项研究得到了美国能源部（DOE）的资助，并获得了该部门的氢生产技术奖。在该项目的下一阶段，研究人员将与西弗吉尼亚大学创新与商业化办公室合作，将该设计商业化。

　　（素材来自：West Virginia University 全球氢能网、新能源网综合）