Et forskerteam ledet av professor CHEN Wei ved University of Science and Technology of China (USTC) har introdusert et nytt kjemisk batterisystem som bruker hydrogengass som anode. Studien ble publisert iAngewandte Chemie International Edition.
Hydrogen (H2) har fått oppmerksomhet som en stabil og kostnadseffektiv fornybar energibærer på grunn av dens gunstige elektrokjemiske egenskaper. Tradisjonelle hydrogenbaserte batterier bruker imidlertid primært H₂2som katode, noe som begrenser spenningsområdet deres til 0,8–1,4 V og begrenser deres totale energilagringskapasitet. For å overvinne denne begrensningen foreslo forskerteamet en ny tilnærming: bruk av H₂2som anode for å forbedre energitettheten og arbeidsspenningen betydelig. Når det ble parret med litiummetall som anode, viste batteriet eksepsjonell elektrokjemisk ytelse.
Skjematisk fremstilling av Li−H-batteriet. (Bilde tatt av USTC)
Forskerne utviklet et prototype Li-H-batterisystem, som inneholdt en litiummetallanode, et platinabelagt gassdiffusjonslag som fungerer som hydrogenkatode, og en fast elektrolytt (Li).1.3Al0,3Ti1.7(Postorder4)3, eller LATP). Denne konfigurasjonen muliggjør effektiv litiumiontransport samtidig som den minimerer uønskede kjemiske interaksjoner. Gjennom testing demonstrerte Li-H-batteriet en teoretisk energitetthet på 2825 Wh/kg, med en stabil spenning på rundt 3V. I tillegg oppnådde det en bemerkelsesverdig tur-retur-effektivitet (RTE) på 99,7 %, noe som indikerer minimalt energitap under lade- og utladingssykluser, samtidig som den opprettholder langsiktig stabilitet.
For å forbedre kostnadseffektiviteten, sikkerheten og produksjonsforenklingen ytterligere, utviklet teamet et anodefritt Li-H-batteri som eliminerer behovet for forhåndsinstallert litiummetall. I stedet avleires litium fra litiumsalter (LiH2PO4og LiOH) i elektrolytten under lading. Versjonen beholder fordelene med standard Li-H-batterier, samtidig som den introduserer ytterligere fordeler. Den muliggjør effektiv litiumbelegg og stripping med en Coulomb-effektivitet (CE) på 98,5 %. Dessuten fungerer den stabilt selv ved lave hydrogenkonsentrasjoner, noe som reduserer avhengigheten av høytrykkslagring av H₂. Beregningsmodellering, som simuleringer med tetthetsfunksjonsteori (DFT), ble utført for å forstå hvordan litium- og hydrogenioner beveger seg i batteriets elektrolytt.
Dette gjennombruddet innen Li-H-batteriteknologi gir nye muligheter for avanserte energilagringsløsninger, med potensielle bruksområder som spenner over fornybare energinett, elektriske kjøretøy og til og med luftfartsteknologi. Sammenlignet med konvensjonelle nikkel-hydrogenbatterier leverer Li-H-systemet forbedret energitetthet og effektivitet, noe som gjør det til en sterk kandidat for neste generasjons strømlagring. Den anodefrie versjonen legger grunnlaget for mer kostnadseffektive og skalerbare hydrogenbaserte batterier.
Papirlenke:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Skrevet av ZHENG Zihong, redigert av WU Yuyang)
Publiseringstidspunkt: 12. mars 2025