第一作者：Zhaojian Liang

通訊作者：李夢穎

通訊單位：香港理工大學

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全面了解固態氧化物電池(SOC)的瞬態特性對于推進SOC技術在可再生能源存儲和轉換方面的應用至關重要。然而，描述SOC瞬態和多個參數之間關系的通用公式仍然難以捉摸。

本論文通過全面的數值分析，發現了固態氧化物電池（SOCs）在快速電氣變化下的熱響應和氣態響應時間分別具有兩個特征時間（τ_h 和 τ_m）。氣態響應時間大約為 1τ_m，而熱響應時間大約為 2τ_h。這些特征時間代表了電池內整體的熱和傳質速率，并且揭示了它們與各種SOC設計和操作參數的數學關系。

通過與內部實驗和現有文獻數據的比較驗證了 τ_h 和 τ_m，顯示出在廣泛的電化學電池范圍內具有相同的數量級，展示了它們在表征多種電化學電池瞬態行為中的潛在用途。

此外，本文還提供了兩個示例，展示了這些特征時間如何能夠在不需要復雜數值模擬的情況下簡化SOC設計和控制，從而為提高電化學電池的效率和耐久性提供了寶貴的見解和工具。

圖文導讀

圖1：SOEC的一般工作原理和結構以及本研究采用的方法論。

圖2：SOCs的瞬態響應

圖3：使用所提出的特征時間指導SOC設計和控制的應用場景。

總結展望

本文提出的兩個特征時間τ_h和τ_m為固態氧化物電池（SOCs）的瞬態熱和傳質提供了量化指標，有助于簡化SOC的設計和控制過程。這些特征時間的發現不僅驗證了SOCs在不同操作條件下的動態響應能力，還為類似結構和流動現象的電化學電池（如質子交換膜燃料電池/電解池和質子陶瓷燃料電池/電解池）的瞬態行為提供了理論基礎。未來的工作可能會探索不同通道設計對SOCs瞬態性能的影響，并使用這些特征時間作為優化通道設計的基準。

文獻信息

標題：Discovering two general characteristic times of transient responses in solid oxide cells

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48785-1