為了建立一個具有靈活性和彈性的現代電網，以處理潮起潮落的間歇能源，如太陽能和風能，西弗吉尼亞大學（West Virginia University，WVU）的工程師們設計并成功測試了一種燃料電池，它可以在儲存或發電之間切換，也可以從水中產生氫氣。

　　與類似的技術不同，這種燃料電池可以承受工業規模長時間高功率運行時產生的熱量和蒸汽。此外，它還解決了現有的“質子陶瓷電化學電池”這一技術設計中的三大問題。

　　研究員Xingbo Liu，WVU Benjamin M. Statler工程與礦產資源學院的材料科學教授和研究副院長，解釋說，由于PCECs在儲能和發電之間切換，它們可能是一項顛覆性的技術，因為不堪重負的美國電網正在努力整合以不確定間隔從多個來源接收的電力——傳統發電廠、水電站大壩、住宅太陽能電池板和太陽能電站、甚至是海浪能。

　　然而，Liu說，目前PCEC的設計，在高蒸汽環境中是不穩定的，層與層之間的連接很弱，它們在傳導質子的關鍵任務中表現不佳。

　　“作為回應，我們的團隊通過連接電解質構建了一個‘保形涂層支架’設計，我們用電催化劑層涂覆并密封它，該電催化劑層在蒸汽中穩定、吸收水分，并在溫度上升和下降時保持完整。質子、熱和電都可以穿過這種結構。”

　　Liu說：“他們的原型在600攝氏度和40%的濕度下工作了5000多個小時，通過電解過程分解分子產生電力和氫氣。”

　　“此前，小型PCEC連續執行同一過程的最長時間是1833小時，在這種情況下，性能會隨著時間的推移而下降。”

　　他說：“這項技術還沒有準備好大規模應用。相比之下，我們的保形涂層支架設計在能量存儲和能量生產模式下都表現得很好，因此我們還建立了一個測試系統，該系統使用CCS電池儲存氫氣并將其用于電解反應。我們的系統在這些模式之間平穩而頻繁地來回切換時保持穩定，甚至在長達12小時的周期內也是如此。這就是我們如何在電網中實現平衡的方法，電網正在不斷發展，以納入更多間歇性、可持續的能源。”

西弗吉尼亞大學（West Virginia University，WVU）鳥瞰

　　該研究結果發表在《自然能源》（Nature Energy）的一篇論文上，論文作者是當時WVU的博士生、博士后研究員Hanchen Tian和當時WVU的研究助理教授Wei Li。其他貢獻者包括博士后Qingyuan Li；Debangsu Bhattacharyya，GE塑料材料工程教授；Wenyuan Li，助理教授。

　　Tian說：“PCEC使用稱為電解質的膜和稱為氧電極的導體來移動質子。但在目前的PCEC設計中，蒸汽會進入電解質，導致它們隨著時間的推移而失效。另一個問題是，電解質和電極在受熱時膨脹的方式不同，因此它們之間的連接在使用過程中會減弱。”

　　WVU團隊加入了鋇離子來幫助涂層保持水分，從而促進質子的運動。他們還加入了鎳離子來制造更大的CCS電池，這種電池保持穩定和平坦。而且由于PCEC依靠水蒸氣運行，所以它可以用鹽水或低質量的水來驅動，而不需要使用純凈水。

　　Tian說：“所有這些都顯示出將規模擴大到工業水平的希望。我們證明，大規模制造CCS燃料電池是可能的，這種電池在激烈的條件下仍能保持強大和穩定。”

　　這項研究得到了美國能源部（DOE）的資助，并獲得了該部門的氫生產技術獎。在該項目的下一階段，研究人員將與西弗吉尼亞大學創新與商業化辦公室合作，將該設計商業化。

　　（素材來自：West Virginia University 全球氫能網、新能源網綜合）