Zespół badawczy pod kierownictwem prof. CHEN Wei z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii (USTC) opracował nowy system baterii chemicznej, który wykorzystuje wodór jako anodę. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The New York Times”.Wydanie międzynarodowe Angewandte Chemie.
Wodór (H2) zyskał uznanie jako stabilny i ekonomiczny nośnik energii odnawialnej ze względu na korzystne właściwości elektrochemiczne. Jednak tradycyjne baterie wodorowe wykorzystują głównie H2jako katoda, co ogranicza zakres ich napięcia do 0,8–1,4 V i ogranicza ich całkowitą pojemność magazynowania energii. Aby pokonać to ograniczenie, zespół badawczy zaproponował nowatorskie podejście: wykorzystanie H2jako anoda, co znacząco zwiększa gęstość energii i napięcie robocze. W połączeniu z litem metalicznym jako anodą, bateria wykazała wyjątkową wydajność elektrochemiczną.
Schemat akumulatora Li−H. (Zdjęcie: USTC)
Naukowcy zaprojektowali prototyp systemu baterii Li-H, obejmującego anodę litowo-metalową, platynową warstwę dyfuzyjną gazu służącą jako katoda wodorowa oraz stały elektrolit (Li1.3Al0,3Ti1.7(PO4)3(lub LATP). Taka konfiguracja umożliwia efektywny transport jonów litu, minimalizując jednocześnie niepożądane interakcje chemiczne. W testach akumulator Li-H wykazał teoretyczną gęstość energii 2825 Wh/kg, utrzymując stałe napięcie około 3 V. Ponadto osiągnął on imponującą sprawność energetyczną (RTE) na poziomie 99,7%, co oznacza minimalną utratę energii podczas cykli ładowania i rozładowywania, przy jednoczesnym zachowaniu długoterminowej stabilności.
Aby jeszcze bardziej zwiększyć opłacalność, bezpieczeństwo i prostotę produkcji, zespół opracował bezanodową baterię litowo-jonową, która eliminuje potrzebę stosowania fabrycznie zainstalowanego litu metalicznego. Zamiast tego bateria osadza lit z soli litu (LiH2PO4i LiOH) w elektrolicie podczas ładowania. Wersja ta zachowuje zalety standardowego akumulatora Li-H, oferując jednocześnie dodatkowe korzyści. Umożliwia wydajne platerowanie i usuwanie litu ze sprawnością kulombowską (CE) na poziomie 98,5%. Co więcej, działa stabilnie nawet przy niskich stężeniach wodoru, zmniejszając konieczność magazynowania wodoru pod wysokim ciśnieniem. Przeprowadzono modelowanie obliczeniowe, takie jak symulacje teorii funkcjonału gęstości (DFT), aby zrozumieć, jak jony litu i wodoru przemieszczają się w elektrolicie akumulatora.
Ten przełom w technologii akumulatorów litowo-wodorowych (Li-H) otwiera nowe możliwości dla zaawansowanych rozwiązań magazynowania energii, z potencjalnymi zastosowaniami obejmującymi sieci energii odnawialnej, pojazdy elektryczne, a nawet technologię lotniczo-kosmiczną. W porównaniu z konwencjonalnymi akumulatorami niklowo-wodorowymi, system Li-H zapewnia większą gęstość energii i wydajność, co czyni go silnym kandydatem do magazynowania energii nowej generacji. Wersja bez anody stanowi podstawę dla bardziej ekonomicznych i skalowalnych akumulatorów wodorowych.
Link do dokumentu:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Napisane przez ZHENG Zihong, pod redakcją WU Yuyang)
Czas publikacji: 12 marca 2025 r.