风能和太阳能发电的障碍之一是它们的间歇性。在不利的环境条件下适应功率输出波动的一个有前途的替代方案是储氢系统，它使用水分解产生的氢来产生清洁电力。然而，这些系统效率低下，通常需要很大的尺寸来弥补。反过来，这会导致复杂的热管理以及降低的能量和功率密度。

在发表在《电源杂志》上的一项研究中，东京理工大学的研究人员现在提出了一种替代的电能存储系统，该系统利用碳(C)作为能源而不是氢。新系统称为“碳/空气二次电池(CASB)”，由固体氧化物燃料和电解电池(SOFC/EC)组成，其中通过电解二氧化碳(CO2)产生的碳被空气氧化成产生能量。可以向SOFC/EC供应压缩的液化CO2以构成能量存储系统。

“类似于电池，CASB使用可再生能源产生的能量充电，将CO2还原为C。在随后的放电阶段，C被氧化以产生能量，”东京工业大学的ManabuIhara教授解释说。

由于碳储存在SOFCs/ECs的密闭空间中，CASB的能量密度受到它可以容纳的碳量的限制。尽管有这个限制，研究人员发现CASB与储氢系统相比具有更高的体积能量密度。

电池性能的另一个指标是充放电效率。为了评估这个指标，研究人员进行了一次充放电实验。他们观察到C和CO2之间的转化是由于“Boudouard反应”，其特征是一氧化碳(CO)、CO2和C的混合物的氧化还原反应。具体而言，在充电阶段，C沉积在电极上通过CO2的电化学还原和通过Boudouard分解的CO还原。在放电阶段，C被氧化成CO和CO2分别通过Boudouard气化反应和电化学氧化。研究人员发现，CASB用于发电的C利用率取决于3种不同碳物种(C、CO2、CO)之间的平衡，也称为“Boudouard平衡”。

CASB系统能够使用沉积在电极上的大部分碳来产生能量，表现出84%的高库仑效率，表明大部分存储的能量可以在放电阶段获得。此外，它显示出80mW/cm2的卓越功率密度和38%的充放电效率，可在10次充放电循环中持续。这表明没有发生燃料电极的退化。

“与储氢系统相比，CASB系统预计具有更小的系统尺寸和更高的系统效率，”Ihara教授说。他们的新系统可以为紧凑高效的碳能源存储系统奠定基础，该系统可以与可再生能源一起工作，实现无化石燃料的未来。