یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور چن وی در دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) یک سیستم باتری شیمیایی جدید معرفی کرده است که از گاز هیدروژن به عنوان آند استفاده می‌کند. این مطالعه در ... منتشر شده است.Angewandte Chemie International Edition.
هیدروژن (H2)2) به دلیل خواص الکتروشیمیایی مطلوبش، به عنوان یک حامل انرژی تجدیدپذیر پایدار و مقرون به صرفه مورد توجه قرار گرفته است. با این حال، باتری‌های سنتی مبتنی بر هیدروژن در درجه اول از H2 استفاده می‌کنند.۲به عنوان کاتد، که محدوده ولتاژ آنها را به 0.8 تا 1.4 ولت محدود می‌کند و ظرفیت کلی ذخیره انرژی آنها را محدود می‌کند. برای غلبه بر این محدودیت، تیم تحقیقاتی رویکرد جدیدی را پیشنهاد داد: استفاده از H2۲به عنوان آند برای افزایش قابل توجه چگالی انرژی و ولتاژ کار. هنگامی که با فلز لیتیوم به عنوان آند جفت شد، باتری عملکرد الکتروشیمیایی استثنایی از خود نشان داد.
شماتیک باتری Li-H. (تصویر از USTC)
محققان یک نمونه اولیه از سیستم باتری لیتیوم-هیدروژن طراحی کردند که شامل یک آند فلزی لیتیوم، یک لایه انتشار گاز با پوشش پلاتین که به عنوان کاتد هیدروژن عمل می‌کند و یک الکترولیت جامد (Li) است.۱.۳Al۰.۳Ti۱.۷(صندوق پستی4)3یا LATP). این پیکربندی امکان انتقال کارآمد یون لیتیوم را فراهم می‌کند و در عین حال فعل و انفعالات شیمیایی نامطلوب را به حداقل می‌رساند. باتری Li-H از طریق آزمایش، چگالی انرژی نظری 2825 وات ساعت بر کیلوگرم را نشان داد و ولتاژ ثابتی در حدود 3 ولت را حفظ کرد. علاوه بر این، به راندمان رفت و برگشت (RTE) قابل توجه 99.7٪ دست یافت که نشان دهنده حداقل اتلاف انرژی در طول چرخه‌های شارژ و دشارژ، ضمن حفظ پایداری طولانی مدت است.
برای بهبود بیشتر بهره‌وری هزینه، ایمنی و سادگی تولید، این تیم یک باتری Li-H بدون آند توسعه داد که نیاز به فلز لیتیوم از پیش نصب شده را از بین می‌برد. در عوض، باتری لیتیوم را از نمک‌های لیتیوم (LiH) رسوب می‌دهد.2PO4و LiOH) در الکترولیت در حین شارژ. این نسخه مزایای باتری استاندارد Li-H را حفظ کرده و در عین حال مزایای دیگری را نیز ارائه می‌دهد. این باتری امکان آبکاری و لایه‌برداری کارآمد لیتیوم را با راندمان کولمبیک (CE) 98.5٪ فراهم می‌کند. علاوه بر این، حتی در غلظت‌های کم هیدروژن نیز به طور پایدار عمل می‌کند و وابستگی به ذخیره‌سازی H₂ با فشار بالا را کاهش می‌دهد. مدل‌سازی محاسباتی، مانند شبیه‌سازی‌های نظریه تابعی چگالی (DFT)، برای درک چگونگی حرکت یون‌های لیتیوم و هیدروژن در الکترولیت باتری انجام شد.
این پیشرفت در فناوری باتری لیتیوم-هیدروژن، فرصت‌های جدیدی را برای راه‌حل‌های پیشرفته ذخیره‌سازی انرژی ارائه می‌دهد که کاربردهای بالقوه‌ای در شبکه‌های انرژی تجدیدپذیر، وسایل نقلیه الکتریکی و حتی فناوری هوافضا دارد. در مقایسه با باتری‌های نیکل-هیدروژن معمولی، سیستم لیتیوم-هیدروژن چگالی انرژی و راندمان بالاتری را ارائه می‌دهد و آن را به کاندیدای قدرتمندی برای ذخیره‌سازی انرژی نسل بعدی تبدیل می‌کند. نسخه بدون آند، پایه و اساس باتری‌های مبتنی بر هیدروژن مقرون‌به‌صرفه‌تر و مقیاس‌پذیرتر را بنا می‌نهد.
لینک مقاله:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(نوشته شده توسط ZHENG Zihong، ویرایش شده توسط WU Yuyang)
زمان ارسال: ۱۲ مارس ۲۰۲۵