Kinijos mokslo ir technologijos universiteto (USTC) prof. CHEN Wei vadovaujama tyrimų komanda pristatė naują cheminių akumuliatorių sistemą, kurioje kaip anodas naudojamos vandenilio dujos. Tyrimas buvo paskelbtas ...Angewandte Chemie International Edition.
Vandenilis (H2) sulaukė dėmesio kaip stabilus ir ekonomiškas atsinaujinančios energijos nešėjas dėl savo palankių elektrocheminių savybių. Tačiau tradicinėse vandenilio pagrindu sukurtose baterijose daugiausia naudojamas H2kaip katodas, o tai apriboja jų įtampos diapazoną iki 0,8–1,4 V ir riboja bendrą energijos kaupimo pajėgumą. Siekdama įveikti šį apribojimą, tyrėjų komanda pasiūlė naują metodą: naudoti H2kaip anodas, siekiant žymiai padidinti energijos tankį ir darbinę įtampą. Kartu su ličio metalu kaip anodu akumuliatorius pasižymėjo išskirtinėmis elektrocheminėmis savybėmis.
Ličio H baterijos schema. (USTC nuotrauka)
Tyrėjai sukūrė ličio jonų akumuliatorių sistemos prototipą, apimantį ličio metalo anodą, platina padengtą dujų difuzijos sluoksnį, kuris tarnauja kaip vandenilio katodas, ir kietąjį elektrolitą (Li1.3Al0,3Ti1.7(PO4)3, arba LATP). Ši konfigūracija leidžia efektyviai transportuoti ličio jonus, tuo pačiu sumažinant nepageidaujamą cheminę sąveiką. Bandymų metu Li-H akumuliatorius parodė teorinį 2825 Wh/kg energijos tankį, palaikydamas pastovią apie 3 V įtampą. Be to, jis pasiekė puikų 99,7 % efektyvumą (RTE), rodantį minimalius energijos nuostolius įkrovimo ir iškrovimo ciklų metu, išlaikant ilgalaikį stabilumą.
Siekdama dar labiau pagerinti ekonomiškumą, saugumą ir gamybos paprastumą, komanda sukūrė ličio H akumuliatorių be anodų, kuriam nereikia iš anksto sumontuoto ličio metalo. Vietoj to, akumuliatoriuje litis nusodinamas iš ličio druskų (LiH2PO4ir LiOH) elektrolite įkrovimo metu. Ši versija išlaiko standartinės Li-H baterijos privalumus, kartu suteikdama papildomų privalumų. Ji leidžia efektyviai padengti ir pašalinti ličio jonus, o Kulono efektyvumas (CE) siekia 98,5 %. Be to, ji stabiliai veikia net esant mažai vandenilio koncentracijai, todėl sumažėja priklausomybė nuo aukšto slėgio H₂ saugojimo. Siekiant suprasti, kaip ličio ir vandenilio jonai juda baterijos elektrolite, buvo atliktas skaičiuojamasis modeliavimas, pvz., tankio funkcionalo teorijos (DFT) simuliacijos.
Šis ličio vandenilio akumuliatorių technologijos proveržis atveria naujų galimybių pažangiems energijos kaupimo sprendimams, o potencialios taikymo sritys apima atsinaujinančiosios energijos tinklus, elektromobilius ir net aviacijos bei kosmoso technologijas. Palyginti su įprastomis nikelio-vandenilio akumuliatoriais, ličio vandenilio sistema pasižymi didesniu energijos tankiu ir efektyvumu, todėl yra stipri kandidatė į naujos kartos energijos kaupimą. Anodų neturinti versija sudaro pagrindą ekonomiškesnėms ir keičiamo dydžio vandenilio pagrindu veikiančioms baterijoms.
Nuoroda į popierių:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Parašė ZHENG Zihong, redagavo WU Yuyang)
Įrašo laikas: 2025 m. kovo 12 d.