Istraživački tim pod vodstvom prof. CHEN Weija sa Sveučilišta znanosti i tehnologije Kine (USTC) predstavio je novi kemijski sustav baterija koji koristi vodikov plin kao anodu. Studija je objavljena uAngewandte Chemie međunarodno izdanje.
Vodik (H2) privukao je pozornost kao stabilan i isplativ nositelj obnovljive energije zbog svojih povoljnih elektrokemijskih svojstava. Međutim, tradicionalne baterije na bazi vodika prvenstveno koriste H2kao katoda, što ograničava njihov raspon napona na 0,8–1,4 V i ograničava njihov ukupni kapacitet pohrane energije. Kako bi prevladali to ograničenje, istraživački tim predložio je novi pristup: korištenje H2kao anodu kako bi se značajno povećala gustoća energije i radni napon. Kada je uparena s metalnim litijem kao anodom, baterija je pokazala iznimne elektrokemijske performanse.
Shema Li-H baterije. (Slika: USTC)
Istraživači su osmislili prototip Li-H baterijskog sustava, koji uključuje litijevu metalnu anodu, sloj plinske difuzije obložen platinom koji služi kao vodikova katoda i čvrsti elektrolit (Li1.3Al0,3Ti1,7(PO4)3, ili LATP). Ova konfiguracija omogućuje učinkovit transport litijevih iona uz minimiziranje neželjenih kemijskih interakcija. Testiranjem je Li-H baterija pokazala teorijsku gustoću energije od 2825 Wh/kg, održavajući stalan napon od oko 3 V. Osim toga, postigla je izvanrednu učinkovitost punjenja i pražnjenja (RTE) od 99,7%, što ukazuje na minimalan gubitak energije tijekom 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 ugrađenim litijevim metalom. Umjesto toga, baterija taloži litij iz litijevih soli (LiH2PO4i LiOH) u elektrolitu tijekom punjenja. Verzija zadržava prednosti standardne Li-H baterije, a uvodi i dodatne pogodnosti. Omogućuje učinkovito nanošenje i skidanje litija s Coulombovom učinkovitošću (CE) od 98,5%. Štoviše, stabilno radi čak i pri niskim koncentracijama vodika, smanjujući ovisnost o skladištenju H₂ pod visokim tlakom. Računalno modeliranje, poput simulacija teorije funkcionalne gustoće (DFT), provedeno je kako bi se razumjelo kako se litijevi i vodikovi ioni kreću unutar elektrolita baterije.
Ovaj proboj u tehnologiji Li-H baterija predstavlja nove mogućnosti za napredna rješenja za pohranu energije, s potencijalnim primjenama koje obuhvaćaju mreže obnovljivih izvora energije, električna vozila, pa čak i zrakoplovnu tehnologiju. U usporedbi s konvencionalnim nikal-vodikovim baterijama, Li-H sustav pruža poboljšanu gustoću energije i učinkovitost, što ga čini jakim kandidatom za pohranu energije sljedeće generacije. Verzija bez anode postavlja temelje za isplativije i skalabilnije baterije na bazi vodika.
Veza na papir:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Napisao ZHENG Zihong, uredio WU Yuyang)
Vrijeme objave: 12. ožujka 2025.