Ķīnas Zinātnes un tehnoloģiju universitātes (USTC) profesora Čena Veja vadītā pētniecības komanda ir ieviesusi jaunu ķīmisko akumulatoru sistēmu, kurā kā anodu tiek izmantota ūdeņraža gāze. Pētījums tika publicēts žurnālā ...Angewandte Chemie International Edition.
Ūdeņradis (H2) ir ieguvis uzmanību kā stabils un rentabls atjaunojamās enerģijas nesējs, pateicoties tā labvēlīgajām elektroķīmiskajām īpašībām. Tomēr tradicionālās ūdeņraža baterijas galvenokārt izmanto H2kā katodu, kas ierobežo to sprieguma diapazonu līdz 0,8–1,4 V un ierobežo to kopējo enerģijas uzkrāšanas jaudu. Lai pārvarētu šo ierobežojumu, pētnieku komanda ierosināja jaunu pieeju: izmantojot H2kā anodu, lai ievērojami uzlabotu enerģijas blīvumu un darba spriegumu. Lietojot kopā ar litija metālu kā anodu, akumulators uzrādīja izcilu elektroķīmisko veiktspēju.
Li-H akumulatora shēma. (Attēls no USTC)
Pētnieki izstrādāja Li-H akumulatora sistēmas prototipu, kurā iekļauts litija metāla anods, ar platīnu pārklāts gāzes difūzijas slānis, kas kalpo kā ūdeņraža katods, un cietais elektrolīts (Li1.3Al0,3Ti1.7(Pēc pasūtījuma4)3, jeb LATP). Šī konfigurācija nodrošina efektīvu litija jonu transportēšanu, vienlaikus samazinot nevēlamu ķīmisko mijiedarbību. Testēšanas laikā Li-H akumulators uzrādīja teorētisko enerģijas blīvumu 2825 Wh/kg, saglabājot stabilu spriegumu aptuveni 3 V. Turklāt tas sasniedza ievērojamu aprites efektivitāti (RTE) 99,7%, kas norāda uz minimāliem enerģijas zudumiem uzlādes un izlādes ciklu laikā, vienlaikus saglabājot ilgtermiņa stabilitāti.
Lai vēl vairāk uzlabotu izmaksu efektivitāti, drošību un ražošanas vienkāršību, komanda izstrādāja Li-H akumulatoru bez anoda, kas novērš nepieciešamību pēc iepriekš uzstādīta litija metāla. Tā vietā akumulators nogulsnē litiju no litija sāļiem (LiH2PO4un LiOH) elektrolītā uzlādes laikā. Šī versija saglabā standarta Li-H akumulatora priekšrocības, vienlaikus ieviešot papildu ieguvumus. Tā nodrošina efektīvu litija pārklāšanu un noņemšanu ar kulona efektivitāti (CE) 98,5%. Turklāt tā darbojas stabili pat pie zemas ūdeņraža koncentrācijas, samazinot atkarību no augstspiediena H₂ uzglabāšanas. Lai izprastu, kā litija un ūdeņraža joni pārvietojas akumulatora elektrolītā, tika veikta skaitļošanas modelēšana, piemēram, blīvuma funkcionālās teorijas (DFT) simulācijas.
Šis sasniegums Li-H akumulatoru tehnoloģijā paver jaunas iespējas progresīviem enerģijas uzkrāšanas risinājumiem, kuru potenciālie pielietojumi aptver atjaunojamās enerģijas tīklus, elektrotransportlīdzekļus un pat kosmosa tehnoloģijas. Salīdzinot ar parastajām niķeļa-ūdeņraža baterijām, Li-H sistēma nodrošina uzlabotu enerģijas blīvumu un efektivitāti, padarot to par spēcīgu kandidātu nākamās paaudzes enerģijas uzkrāšanai. Versija bez anoda liek pamatu rentablākām un mērogojamākām ūdeņraža baterijām.
Papīra saite:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Rakstījis ZHENG Zihong, rediģējis WU Yuyang)
Publicēšanas laiks: 2025. gada 12. marts