A Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem (USTC) CHEN Wei professzor vezette kutatócsoportja bemutatott egy új kémiai akkumulátorrendszert, amely hidrogéngázt használ anódként. A tanulmány a ... folyóiratban jelent meg.Angewandte Chemie International Edition.
Hidrogén (H2) kedvező elektrokémiai tulajdonságai miatt stabil és költséghatékony megújuló energiahordozóként kapott figyelmet. A hagyományos hidrogén alapú akkumulátorok azonban elsősorban H2katódként, ami 0,8–1,4 V-ra korlátozza feszültségtartományukat, és korlátozza teljes energiatároló kapacitásukat. A korlátozás leküzdésére a kutatócsoport egy újszerű megközelítést javasolt: a H2anódként, hogy jelentősen megnövelje az energiasűrűséget és az üzemi feszültséget. Lítium-fémmel párosítva anódként az akkumulátor kivételes elektrokémiai teljesítményt mutatott.
A Li−H akkumulátor vázlata. (Kép: USTC)
A kutatók egy prototípus Li-H akkumulátorrendszert terveztek, amely egy lítium-fém anódot, egy platinabevonatú gázdiffúziós réteget, amely hidrogénkatódként szolgál, és egy szilárd elektrolitot (Li1.3Al0,3Ti1.7(PO4)3, vagy LATP). Ez a konfiguráció hatékony lítiumion-szállítást tesz lehetővé, miközben minimalizálja a nemkívánatos kémiai kölcsönhatásokat. A tesztelés során a Li-H akkumulátor 2825 Wh/kg elméleti energiasűrűséget mutatott, körülbelül 3 V állandó feszültséget fenntartva. Ezenkívül figyelemre méltó, 99,7%-os oda-vissza hatásfokot (RTE) ért el, ami minimális energiaveszteséget jelez a töltési és kisütési ciklusok során, miközben megőrzi a hosszú távú stabilitást.
A költséghatékonyság, a biztonság és a gyártás egyszerűsítésének további javítása érdekében a csapat kifejlesztett egy anódmentes Li-H akkumulátort, amely kiküszöböli az előre beszerelt lítium-fém szükségességét. Ehelyett az akkumulátor lítiumsókból (LiH2PO4és LiOH) az elektrolitban töltés közben. Ez a verzió megőrzi a standard Li-H akkumulátor előnyeit, miközben további előnyöket is biztosít. Hatékony lítiumbevonatolást és -eltávolítást tesz lehetővé 98,5%-os Coulomb-hatásfokkal (CE). Ezenkívül alacsony hidrogénkoncentráció mellett is stabilan működik, csökkentve a nagynyomású H₂-tárolástól való függőséget. Számítógépes modellezést, például sűrűségfunkcionális elméletet (DFT) végeztek annak megértésére, hogy a lítium- és hidrogénionok hogyan mozognak az akkumulátor elektrolitjában.
Ez az áttörés a lítium-hidrogén akkumulátortechnológiában új lehetőségeket nyit meg a fejlett energiatárolási megoldások számára, a potenciális alkalmazások kiterjednek a megújuló energiahálózatokra, az elektromos járművekre és még a repülőgépipari technológiára is. A hagyományos nikkel-hidrogén akkumulátorokhoz képest a lítium-hidrogén rendszer nagyobb energiasűrűséget és hatékonyságot biztosít, így erős jelölt a következő generációs energiatárolás számára. Az anódmentes változat lerakja az alapokat a költséghatékonyabb és skálázhatóbb hidrogén alapú akkumulátorok számára.
Papír link:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Írta: ZHENG Zihong, szerkesztette: WU Yuyang)
Közzététel ideje: 2025. márc. 12.