傳統(tǒng)太陽能電池往往只有在白天時(shí)，才能快速將所吸收到的太陽光轉(zhuǎn)換為電能，除了在天黑時(shí)無法發(fā)電外，太陽能電池本身也無法儲存白天所產(chǎn)生的多余電力。不過，科學(xué)家研發(fā)出一種新的太陽光電化學(xué)電池（PEC），其光化學(xué)能轉(zhuǎn)換不受限于白天或黑夜，可全天候且有效率的儲存電能。
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太陽光電化學(xué)電池（PEC）經(jīng)光線照射后，若光的能量大于其本身的電子能隙，就能將其價(jià)帶中受到束縛的電子，激發(fā)到傳導(dǎo)帶，進(jìn)而將吸收到的太陽光轉(zhuǎn)換為電能，此外，太陽光電化學(xué)電池還能透過太陽輻射直接分解水制氫，其特性使太陽能可在智慧電網(wǎng)中發(fā)揮更大作用，也因此讓太陽光電化學(xué)電池格外受到矚目。
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但目前的 PEC 電池并不能有效儲存電能，電子很容易就變回低能量狀態(tài)，也就是說，若陽光充足、其他類型的太陽能電池正在全速產(chǎn)生能量的同時(shí)，PEC 電池卻只能以效率較低的方式，發(fā)揮其相當(dāng)微量的價(jià)值。
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不過，美國德州大學(xué)阿靈頓分校（University of Texas at Arlington）材料科學(xué)及工程系助理教授 Fuqiang Liu 及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種新型 PEC 電池，其光電極（將入射的光子轉(zhuǎn)換為電子）的設(shè)計(jì)不同于以往的 PEC 電池，光電極混合三氧化鎢及二氧化鈦，可有效地長時(shí)間儲存電子。
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除了特殊設(shè)計(jì)的光電極外，該系統(tǒng)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(tài)下的不同化學(xué)勢能保存能量。釩液流電池能量轉(zhuǎn)換效率可高達(dá) 75% 以上，且雖然能量密度較低，但比鋰電池安全，即使正負(fù)極電解液混合也不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)反應(yīng)。
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其他特性包括幾乎不受溫度限制，以及其容量大小取決于電解液，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(dá) GW。此外，釩液流電池只有在使用時(shí)電解液才會(huì)循環(huán)，充放電時(shí)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。
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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(dāng)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，并證明了在該電池中“太陽能與電子能同時(shí)進(jìn)行可逆儲存”，讓儲能效率提高許多。團(tuán)隊(duì)目前正建立更大的系統(tǒng)原型，希望能透過這項(xiàng)技術(shù)，讓 PEC 電池更能有效運(yùn)用于智慧電網(wǎng)中。
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本文全文授權(quán)轉(zhuǎn)載自《科技新報(bào)》─〈釩液流電池加持，新型太陽光電化學(xué)電池可全天候儲能！〉