Et forskerhold ledet af professor CHEN Wei ved University of Science and Technology of China (USTC) har introduceret et nyt kemisk batterisystem, der bruger brintgas som anode. Undersøgelsen blev offentliggjort iAngewandte Chemie International Edition.
Brint (H2) har fået opmærksomhed som en stabil og omkostningseffektiv vedvarende energibærer på grund af dens gunstige elektrokemiske egenskaber. Traditionelle brintbaserede batterier bruger dog primært H₂2som katode, hvilket begrænser deres spændingsområde til 0,8-1,4 V og begrænser deres samlede energilagringskapacitet. For at overvinde denne begrænsning foreslog forskerholdet en ny tilgang: udnyttelse af H₂2som anode for at forbedre energitætheden og arbejdsspændingen betydeligt. Når batteriet blev parret med lithiummetal som anode, udviste det enestående elektrokemisk ydeevne.
Skematisk fremstilling af Li-H-batteriet. (Billede fra USTC)
Forskerne designede et prototype Li-H-batterisystem, der inkorporerede en lithiummetalanode, et platinbelagt gasdiffusionslag, der fungerer som hydrogenkatode, og en fast elektrolyt (Li1.3Al0,3Ti1.7(Postorder4)3, eller LATP). Denne konfiguration muliggør effektiv lithium-iontransport, samtidig med at uønskede kemiske interaktioner minimeres. Gennem testning demonstrerede Li-H-batteriet en teoretisk energitæthed på 2825 Wh/kg, der opretholder en stabil spænding på omkring 3V. Derudover opnåede det en bemærkelsesværdig rundløbseffektivitet (RTE) på 99,7%, hvilket indikerer minimalt energitab under opladnings- og afladningscyklusser, samtidig med at langsigtet stabilitet opretholdes.
For yderligere at forbedre omkostningseffektiviteten, sikkerheden og produktionsforenklingen udviklede teamet et anodefrit Li-H-batteri, der eliminerer behovet for præinstalleret lithiummetal. I stedet aflejrer batteriet lithium fra lithiumsalte (LiH2PO4og LiOH) i elektrolytten under opladning. Versionen bevarer fordelene ved standard Li-H-batteriet, samtidig med at den introducerer yderligere fordele. Den muliggør effektiv litiumbelægning og -stripping med en Coulomb-effektivitet (CE) på 98,5 %. Desuden fungerer den stabilt selv ved lave hydrogenkoncentrationer, hvilket reducerer afhængigheden af højtryks-H₂-lagring. Beregningsmodellering, såsom DFT-simuleringer (density functional theory), blev udført for at forstå, hvordan litium- og hydrogenioner bevæger sig i batteriets elektrolyt.
Dette gennembrud inden for Li-H-batteriteknologi præsenterer nye muligheder for avancerede energilagringsløsninger med potentielle anvendelser, der spænder over vedvarende energinet, elbiler og endda luftfartsteknologi. Sammenlignet med konventionelle nikkel-hydrogenbatterier leverer Li-H-systemet forbedret energitæthed og effektivitet, hvilket gør det til en stærk kandidat til næste generations energilagring. Den anodefri version lægger grundlaget for mere omkostningseffektive og skalerbare hydrogenbaserede batterier.
Papirlink:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Skrevet af ZHENG Zihong, redigeret af WU Yuyang)
Opslagstidspunkt: 12. marts 2025