Výskumný tím pod vedením profesora CHEN Weiho z Čínskej univerzity vedy a techniky (USTC) predstavil nový systém chemických batérií, ktorý využíva plynný vodík ako anódu. Štúdia bola publikovaná v časopiseMedzinárodné vydanie Angewandte Chemie.
Vodík (H2) si získal pozornosť ako stabilný a nákladovo efektívny nosič energie z obnoviteľných zdrojov vďaka svojim priaznivým elektrochemickým vlastnostiam. Tradičné batérie na báze vodíka však využívajú predovšetkým H22ako katóda, čo obmedzuje ich rozsah napätia na 0,8 – 1,4 V a obmedzuje ich celkovú kapacitu na ukladanie energie. Na prekonanie tohto obmedzenia výskumný tím navrhol nový prístup: využitie H2ako anódu, aby sa výrazne zvýšila hustota energie a pracovné napätie. V kombinácii s lítiom ako anódou vykazovala batéria výnimočný elektrochemický výkon.
Schéma zapojenia Li-H batérie. (Obrázok od USTC)
Výskumníci navrhli prototyp Li-H batériového systému, ktorý obsahuje lítium-kovovú anódu, platinou potiahnutú vrstvu difúzie plynu slúžiacu ako vodíková katóda a pevný elektrolyt (Li1.3Al0,3Ti1,7(PO4)3, alebo LATP). Táto konfigurácia umožňuje efektívny transport lítiových iónov a zároveň minimalizuje nežiaduce chemické interakcie. Prostredníctvom testovania Li-H batéria preukázala teoretickú hustotu energie 2825 Wh/kg, pričom si udržiavala stabilné napätie okolo 3 V. Okrem toho dosiahla pozoruhodnú účinnosť pri každom nabíjaní (RTE) 99,7 %, čo naznačuje minimálnu stratu energie počas cyklov nabíjania a vybíjania a zároveň si zachováva dlhodobú stabilitu.
Pre ďalšie zlepšenie nákladovej efektívnosti, bezpečnosti a jednoduchosti výroby tím vyvinul bezanódovú Li-H batériu, ktorá eliminuje potrebu predinštalovaného lítia. Namiesto toho batéria ukladá lítium z lítiových solí (LiH2PO4a LiOH) v elektrolyte počas nabíjania. Táto verzia si zachováva výhody štandardnej Li-H batérie a zároveň prináša ďalšie benefity. Umožňuje efektívne pokovovanie a odstraňovanie lítia s Coulombovou účinnosťou (CE) 98,5 %. Navyše pracuje stabilne aj pri nízkych koncentráciách vodíka, čím sa znižuje závislosť od vysokotlakového skladovania H₂. Na pochopenie pohybu lítiových a vodíkových iónov v elektrolyte batérie sa vykonalo výpočtové modelovanie, ako napríklad simulácie teórie funkcionálu hustoty (DFT).
Tento prelom v technológii Li-H batérií predstavuje nové príležitosti pre pokročilé riešenia skladovania energie s potenciálnymi aplikáciami, ktoré siahajú od sietí obnoviteľných zdrojov energie, elektrických vozidiel až po leteckú a kozmickú technológiu. V porovnaní s konvenčnými nikel-vodíkovými batériami poskytuje systém Li-H zvýšenú hustotu energie a účinnosť, čo z neho robí silného kandidáta na skladovanie energie novej generácie. Verzia bez anódy kladie základy pre nákladovo efektívnejšie a škálovateľnejšie batérie na báze vodíka.
Odkaz na papier:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Napísal ZHENG Zihong, upravil WU Yuyang)
Čas uverejnenia: 12. marca 2025