Изследователски екип, ръководен от проф. Чен Уей от Китайския университет за наука и технологии (USTC), представи нова система за химическа батерия, която използва водороден газ като анод. Проучването е публикувано в...Angewandte Chemie International Edition.
Водород (H2) е привлякъл вниманието като стабилен и рентабилен носител на възобновяема енергия поради благоприятните си електрохимични свойства. Традиционните батерии на водородна основа обаче използват предимно H2като катод, което ограничава диапазона им на напрежение до 0,8–1,4 V и ограничава общия им капацитет за съхранение на енергия. За да преодолеят ограничението, изследователският екип предложи нов подход: използване на H2като анод, за да се подобри значително енергийната плътност и работното напрежение. Когато е комбинирана с литиев метал като анод, батерията показва изключителни електрохимични характеристики.
Схема на литиево-йонната батерия. (Изображение от USTC)
Изследователите са проектирали прототип на литиево-йонна батерийна система, включваща литиево-метален анод, платинен газодифузионен слой, служещ като водороден катод, и твърд електролит (Li1.3Al0.3Ti1.7(ПО4)3, или LATP). Тази конфигурация позволява ефикасен транспорт на литиеви йони, като същевременно минимизира нежеланите химични взаимодействия. Чрез тестове, Li-H батерията демонстрира теоретична енергийна плътност от 2825 Wh/kg, поддържайки постоянно напрежение от около 3V. Освен това, тя постигна забележителна ефективност при зареждане и разреждане (RTE) от 99,7%, което показва минимална загуба на енергия по време на цикли на зареждане и разреждане, като същевременно се поддържа дългосрочна стабилност.
За да подобрят допълнително рентабилността, безопасността и опростяването на производството, екипът разработи литиево-йонна батерия без аноди, която елиминира необходимостта от предварително инсталиран литиев метал. Вместо това, батерията отлага литий от литиеви соли (LiH2PO4и LiOH) в електролита по време на зареждане. Версията запазва предимствата на стандартната Li-H батерия, като същевременно въвежда допълнителни предимства. Тя позволява ефективно литиево покритие и отстраняване на литий с кулоновска ефективност (CE) от 98,5%. Освен това работи стабилно дори при ниски концентрации на водород, намалявайки зависимостта от съхранение на H₂ под високо налягане. Извършено е изчислително моделиране, като симулации на теорията на функционала на плътността (DFT), за да се разбере как се движат литиевите и водородните йони в електролита на батерията.
Този пробив в технологията на литиево-водородните батерии представя нови възможности за усъвършенствани решения за съхранение на енергия, с потенциални приложения, обхващащи мрежи за възобновяема енергия, електрически превозни средства и дори аерокосмически технологии. В сравнение с конвенционалните никел-водородни батерии, Li-H системата осигурява подобрена енергийна плътност и ефективност, което я прави силен кандидат за съхранение на енергия от следващо поколение. Версията без анод полага основите за по-рентабилни и мащабируеми батерии на водородна основа.
Връзка към документа:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Написано от ZHENG Zihong, редактирано от WU Yuyang)
Време на публикуване: 12 март 2025 г.