Istraživački tim, predvođen prof. CHEN Weijem sa Univerziteta nauke i tehnologije Kine (USTC), predstavio je novi sistem hemijskih baterija koji koristi vodonik kao anodu. Studija je objavljena u časopisu...Angewandte Chemie International Edition.
Vodonik (H2) je privukao pažnju kao stabilan i isplativ nosač obnovljive energije zbog svojih povoljnih elektrohemijskih svojstava. Međutim, tradicionalne baterije na bazi vodonika prvenstveno koriste H2kao katoda, što ograničava njihov raspon napona na 0,8–1,4 V i ograničava njihov ukupni kapacitet skladištenja energije. Kako bi prevazišli ovo ograničenje, istraživački tim je predložio novi pristup: korištenje H2kao anodu kako bi se značajno povećala gustoća energije i radni napon. Kada je uparena s metalnim litijumom kao anodom, baterija je pokazala izuzetne elektrohemijske performanse.
Shema Li-H baterije. (Slika: USTC)
Istraživači su dizajnirali prototip Li-H baterijskog sistema, koji uključuje litijum metalnu anodu, sloj za difuziju gasa obložen platinom koji služi kao vodonična katoda i čvrsti elektrolit (Li1.3Al0,3Ti1,7(PO4)3, ili LATP). Ova konfiguracija omogućava efikasan transport litijum jona uz minimiziranje neželjenih hemijskih interakcija. Testiranjem je Li-H baterija pokazala teorijsku gustinu energije od 2825 Wh/kg, održavajući stabilan napon od oko 3V. Osim toga, postigla je izuzetnu efikasnost punjenja i pražnjenja (RTE) od 99,7%, što ukazuje na minimalan gubitak energije tokom ciklusa punjenja i pražnjenja, uz održavanje dugoročne stabilnosti.
Kako bi dodatno poboljšali isplativost, sigurnost i jednostavnost proizvodnje, tim je razvio Li-H bateriju bez anode koja eliminira potrebu za prethodno instaliranim litijum metalom. Umjesto toga, baterija taloži litijum iz litijum soli (LiH2PO4i LiOH) u elektrolitu tokom punjenja. Verzija zadržava prednosti standardne Li-H baterije, a istovremeno uvodi dodatne pogodnosti. Omogućava efikasno nanošenje i skidanje litijuma sa Kulonskom efikasnošću (CE) od 98,5%. Štaviše, stabilno radi čak i pri niskim koncentracijama vodonika, smanjujući oslanjanje na skladištenje H₂ pod visokim pritiskom. Računarsko modeliranje, kao što su simulacije teorije funkcionalne gustine (DFT), izvršeno je kako bi se razumjelo kako se litijum i vodonik joni kreću unutar elektrolita baterije.
Ovaj proboj u tehnologiji Li-H baterija predstavlja nove mogućnosti za napredna rješenja za skladištenje energije, s potencijalnim primjenama koje obuhvataju mreže obnovljivih izvora energije, električna vozila, pa čak i vazduhoplovnu tehnologiju. U poređenju s konvencionalnim nikl-vodoničnim baterijama, Li-H sistem pruža poboljšanu gustinu energije i efikasnost, što ga čini jakim kandidatom za skladištenje energije sljedeće generacije. Verzija bez anode postavlja temelje za isplativije i skalabilnije baterije na bazi vodonika.
Link papira:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Napisao ZHENG Zihong, uredio WU Yuyang)
Vrijeme objave: 12. mart 2025.