O echipă de cercetare condusă de prof. CHEN Wei de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China (USTC) a introdus un nou sistem de baterii chimice care utilizează hidrogen gazos ca anod. Studiul a fost publicat înAngewandte Chemie International Edition.
Hidrogen (H2) a câștigat atenție ca purtător de energie regenerabilă stabil și rentabil datorită proprietăților sale electrochimice favorabile. Cu toate acestea, bateriile tradiționale pe bază de hidrogen utilizează în principal H2ca și catod, ceea ce restricționează intervalul lor de tensiune la 0,8–1,4 V și limitează capacitatea lor totală de stocare a energiei. Pentru a depăși această limitare, echipa de cercetare a propus o abordare inovatoare: utilizarea H2ca anod pentru a îmbunătăți semnificativ densitatea energiei și tensiunea de funcționare. Atunci când este asociată cu litiu metalic ca anod, bateria a demonstrat performanțe electrochimice excepționale.
Schema bateriei Li−H. (Imagine de USTC)
Cercetătorii au conceput un prototip de sistem de baterie Li-H, care încorporează un anod metalic de litiu, un strat de difuzie a gazelor acoperit cu platină care servește drept catod de hidrogen și un electrolit solid (Li1.3Al0,3Ti1.7(PO)4)3, sau LATP). Această configurație permite transportul eficient al ionilor de litiu, reducând în același timp interacțiunile chimice nedorite. Prin testare, bateria Li-H a demonstrat o densitate teoretică de energie de 2825 Wh/kg, menținând o tensiune constantă de aproximativ 3V. În plus, a atins o eficiență dus-întors (RTE) remarcabilă de 99,7%, indicând o pierdere minimă de energie în timpul ciclurilor de încărcare și descărcare, menținând în același timp stabilitatea pe termen lung.
Pentru a îmbunătăți și mai mult eficiența costurilor, siguranța și simplitatea fabricației, echipa a dezvoltat o baterie Li-H fără anozi, care elimină necesitatea litiu-metal preinstalat. În schimb, bateria depune litiu din săruri de litiu (LiH2PO4și LiOH) în electrolit în timpul încărcării. Versiunea păstrează avantajele bateriei standard Li-H, introducând în același timp beneficii suplimentare. Permite placarea și dezizolarea eficientă a litiului cu o eficiență coulombică (CE) de 98,5%. Mai mult, funcționează stabil chiar și la concentrații scăzute de hidrogen, reducând dependența de stocarea de H₂ la presiune înaltă. Au fost efectuate modelări computaționale, cum ar fi simulări ale Teoriei Funcționale a Densității (DFT), pentru a înțelege modul în care se mișcă ionii de litiu și hidrogen în electrolitul bateriei.
Această descoperire în tehnologia bateriilor Li-H prezintă noi oportunități pentru soluții avansate de stocare a energiei, cu aplicații potențiale care acoperă rețelele de energie regenerabilă, vehiculele electrice și chiar tehnologia aerospațială. Comparativ cu bateriile convenționale nichel-hidrogen, sistemul Li-H oferă o densitate și o eficiență energetică îmbunătățite, ceea ce îl face un candidat puternic pentru stocarea energiei de generație următoare. Versiunea fără anozi pune bazele unor baterii pe bază de hidrogen mai rentabile și mai scalabile.
Legătură către hârtie:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Scris de ZHENG Zihong, editat de WU Yuyang)
Data publicării: 12 martie 2025