Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή CHEN Wei στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας (USTC) παρουσίασε ένα νέο σύστημα χημικής μπαταρίας που χρησιμοποιεί αέριο υδρογόνο ως άνοδο. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο...Angewandte Chemie International Edition.
Υδρογόνο (H2) έχει τραβήξει την προσοχή ως ένας σταθερός και οικονομικά αποδοτικός φορέας ανανεώσιμης ενέργειας λόγω των ευνοϊκών ηλεκτροχημικών ιδιοτήτων του. Ωστόσο, οι παραδοσιακές μπαταρίες με βάση το υδρογόνο χρησιμοποιούν κυρίως H2ως κάθοδος, η οποία περιορίζει το εύρος τάσης τους σε 0,8–1,4 V και περιορίζει τη συνολική χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας. Για να ξεπεραστεί ο περιορισμός, η ερευνητική ομάδα πρότεινε μια νέα προσέγγιση: χρησιμοποιώντας H2ως άνοδος για σημαντική ενίσχυση της ενεργειακής πυκνότητας και της τάσης λειτουργίας. Όταν συνδυάστηκε με μεταλλικό λίθιο ως άνοδο, η μπαταρία παρουσίασε εξαιρετική ηλεκτροχημική απόδοση.
Σχηματική αναπαράσταση της μπαταρίας Li-H. (Εικόνα από USTC)
Οι ερευνητές σχεδίασαν ένα πρωτότυπο σύστημα μπαταρίας Li-H, που ενσωματώνει μια μεταλλική άνοδο λιθίου, ένα στρώμα διάχυσης αερίου με επικάλυψη πλατίνας που χρησιμεύει ως κάθοδος υδρογόνου και έναν στερεό ηλεκτρολύτη (Li1.3Al0,3Ti1.7(ΤΑΧΥΔΡΟΜΕΙΟ4)3, ή LATP). Αυτή η διαμόρφωση επιτρέπει την αποτελεσματική μεταφορά ιόντων λιθίου, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τις ανεπιθύμητες χημικές αλληλεπιδράσεις. Μέσω δοκιμών, η μπαταρία Li-H επέδειξε θεωρητική ενεργειακή πυκνότητα 2825 Wh/kg, διατηρώντας σταθερή τάση περίπου 3V. Επιπλέον, πέτυχε αξιοσημείωτη απόδοση μετ' επιστροφής (RTE) 99,7%, υποδεικνύοντας ελάχιστη απώλεια ενέργειας κατά τους κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης, διατηρώντας παράλληλα μακροπρόθεσμη σταθερότητα.
Για την περαιτέρω βελτίωση της οικονομικής αποδοτικότητας, της ασφάλειας και της απλότητας κατασκευής, η ομάδα ανέπτυξε μια μπαταρία Li-H χωρίς άνοδο που εξαλείφει την ανάγκη για προεγκατεστημένο μέταλλο λιθίου. Αντ' αυτού, η μπαταρία εναποθέτει λίθιο από άλατα λιθίου (LiH2PO4και LiOH) στον ηλεκτρολύτη κατά τη φόρτιση. Η έκδοση διατηρεί τα πλεονεκτήματα της τυπικής μπαταρίας Li-H, ενώ παράλληλα εισάγει πρόσθετα οφέλη. Επιτρέπει την αποτελεσματική επιμετάλλωση και απογύμνωση λιθίου με απόδοση Κουλομπικής (CE) 98,5%. Επιπλέον, λειτουργεί σταθερά ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις υδρογόνου, μειώνοντας την εξάρτηση από την αποθήκευση H₂ υψηλής πίεσης. Πραγματοποιήθηκε υπολογιστική μοντελοποίηση, όπως προσομοιώσεις Θεωρίας Συναρτησιακής Πυκνότητας (DFT), για να κατανοηθεί ο τρόπος με τον οποίο κινούνται τα ιόντα λιθίου και υδρογόνου μέσα στον ηλεκτρολύτη της μπαταρίας.
Αυτή η σημαντική ανακάλυψη στην τεχνολογία μπαταριών Li-H παρουσιάζει νέες ευκαιρίες για προηγμένες λύσεις αποθήκευσης ενέργειας, με πιθανές εφαρμογές που εκτείνονται σε δίκτυα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ηλεκτρικά οχήματα, ακόμη και στην αεροδιαστημική τεχνολογία. Σε σύγκριση με τις συμβατικές μπαταρίες νικελίου-υδρογόνου, το σύστημα Li-H προσφέρει βελτιωμένη ενεργειακή πυκνότητα και απόδοση, καθιστώντας το ισχυρό υποψήφιο για αποθήκευση ενέργειας επόμενης γενιάς. Η έκδοση χωρίς άνοδο θέτει τα θεμέλια για πιο οικονομικές και κλιμακούμενες μπαταρίες με βάση το υδρογόνο.
Σύνδεσμος χαρτιού:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Γράφτηκε από ZHENG Zihong, Επιμέλεια WU Yuyang)
Ώρα δημοσίευσης: 12 Μαρτίου 2025