Raziskovalna skupina pod vodstvom prof. CHEN Weija na Univerzi za znanost in tehnologijo Kitajske (USTC) je predstavila nov sistem kemičnih baterij, ki kot anodo uporablja vodikov plin. Študija je bila objavljena v reviji ...Mednarodna izdaja Angewandte Chemie.
Vodik (H2) je zaradi svojih ugodnih elektrokemijskih lastnosti pritegnil pozornost kot stabilen in stroškovno učinkovit nosilec obnovljive energije. Vendar pa tradicionalne baterije na osnovi vodika v glavnem uporabljajo H2kot katodo, kar omejuje njihov napetostni razpon na 0,8–1,4 V in omejuje njihovo skupno zmogljivost shranjevanja energije. Da bi premagali to omejitev, je raziskovalna skupina predlagala nov pristop: uporabo H2kot anodo za znatno povečanje gostote energije in delovne napetosti. V kombinaciji z litijevo kovino kot anodo je baterija pokazala izjemno elektrokemijsko delovanje.
Shema Li-H baterije. (Slika: USTC)
Raziskovalci so zasnovali prototip Li-H baterijskega sistema, ki vključuje litijevo kovinsko anodo, s platino prevlečeno plast za difuzijo plina, ki služi kot vodikova katoda, in trdni elektrolit (Li1.3Al0,3Ti1,7(PO4)3ali LATP). Ta konfiguracija omogoča učinkovit transport litijevih ionov, hkrati pa zmanjšuje neželene kemične interakcije. S testiranjem je Li-H baterija pokazala teoretično energijsko gostoto 2825 Wh/kg, pri čemer je vzdrževala stalno napetost okoli 3 V. Poleg tega je dosegla izjemno učinkovitost kroženja (RTE) 99,7 %, kar kaže na minimalno izgubo energije med cikli polnjenja in praznjenja, hkrati pa ohranja dolgoročno stabilnost.
Za nadaljnje izboljšanje stroškovne učinkovitosti, varnosti in enostavnosti proizvodnje je ekipa razvila Li-H baterijo brez anode, ki odpravlja potrebo po predhodno nameščeni litijevi kovini. Namesto tega baterija odlaga litij iz litijevih soli (LiH2PO4in LiOH) v elektrolitu med polnjenjem. Različica ohranja prednosti standardne Li-H baterije, hkrati pa uvaja dodatne ugodnosti. Omogoča učinkovito nanašanje in odstranjevanje litija s Coulombovim izkoristkom (CE) 98,5 %. Poleg tega deluje stabilno tudi pri nizkih koncentracijah vodika, kar zmanjšuje odvisnost od shranjevanja H₂ pod visokim tlakom. Izvedeno je bilo računalniško modeliranje, kot so simulacije teorije funkcionalne gostote (DFT), da bi razumeli, kako se litijevi in vodikovi ioni premikajo znotraj elektrolita baterije.
Ta preboj v tehnologiji litij-vodikovih baterij predstavlja nove priložnosti za napredne rešitve shranjevanja energije, s potencialnimi aplikacijami, ki segajo od omrežij obnovljivih virov energije, električnih vozil in celo vesoljske tehnologije. V primerjavi s konvencionalnimi nikelj-vodikovimi baterijami sistem litij-vodikovih baterij zagotavlja izboljšano gostoto energije in učinkovitost, zaradi česar je močan kandidat za shranjevanje energije naslednje generacije. Različica brez anode postavlja temelje za stroškovno učinkovitejše in prilagodljivejše baterije na osnovi vodika.
Povezava do papirja:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Napisal ZHENG Zihong, uredil WU Yuyang)
Čas objave: 12. marec 2025