'n Navorsingspan onder leiding van prof. CHEN Wei aan die Universiteit van Wetenskap en Tegnologie van China (USTC) het 'n nuwe chemiese batterystelsel bekendgestel wat waterstofgas as die anode gebruik. Die studie is gepubliseer in dieAngewandte Chemie Internasionale Uitgawe.
Waterstof (H2) het aandag getrek as 'n stabiele en koste-effektiewe hernubare energiedraer as gevolg van sy gunstige elektrochemiese eienskappe. Tradisionele waterstofgebaseerde batterye gebruik egter hoofsaaklik H₂2as 'n katode, wat hul spanningsbereik tot 0.8–1.4 V beperk en hul algehele energiebergingskapasiteit beperk. Om die beperking te oorkom, het die navorsingspan 'n nuwe benadering voorgestel: die gebruik van H₂2as die anode om die energiedigtheid en werkspanning aansienlik te verbeter. Wanneer dit met litiummetaal as die anode gepaar word, het die battery uitsonderlike elektrochemiese prestasie vertoon.
Skematiese voorstelling van die Li−H-battery. (Beeld deur USTC)
Die navorsers het 'n prototipe Li-H-batterystelsel ontwerp, wat 'n litiummetaalanode, 'n platinumbedekte gasdiffusielaag wat as die waterstofkatode dien, en 'n vaste elektroliet (Li) insluit.1.3Al0.3Ti1.7(Posbus4)3, of LATP). Hierdie konfigurasie maak doeltreffende litiumioonvervoer moontlik terwyl ongewenste chemiese interaksies geminimaliseer word. Deur toetsing het die Li-H-battery 'n teoretiese energiedigtheid van 2825 Wh/kg gedemonstreer, wat 'n bestendige spanning van ongeveer 3V handhaaf. Daarbenewens het dit 'n merkwaardige heen-en-weer-doeltreffendheid (RTE) van 99.7% behaal, wat minimale energieverlies tydens laai- en ontlaaisiklusse aandui, terwyl langtermynstabiliteit gehandhaaf word.
Om koste-effektiwiteit, veiligheid en vervaardigingseenvoud verder te verbeter, het die span 'n anode-vrye Li-H-battery ontwikkel wat die behoefte aan vooraf geïnstalleerde litiummetaal uitskakel. In plaas daarvan deponeer die battery litium uit litiumsoute (LiH2PO4en LiOH) in die elektroliet tydens laai. Die weergawe behou die voordele van die standaard Li-H-battery terwyl dit bykomende voordele insluit. Dit maak doeltreffende litiumplatering en -stroop moontlik met 'n Coulombiese doeltreffendheid (CE) van 98.5%. Boonop werk dit stabiel selfs teen lae waterstofkonsentrasies, wat die afhanklikheid van hoëdruk H₂-berging verminder. Berekeningsmodellering, soos Digtheidsfunksionaalteorie (DFT) simulasies, is uitgevoer om te verstaan hoe litium- en waterstofione binne die battery se elektroliet beweeg.
Hierdie deurbraak in Li-H-batterytegnologie bied nuwe geleenthede vir gevorderde energiebergingsoplossings, met potensiële toepassings wat hernubare energienetwerke, elektriese voertuie en selfs lugvaarttegnologie dek. In vergelyking met konvensionele nikkel-waterstofbatterye, lewer die Li-H-stelsel verbeterde energiedigtheid en doeltreffendheid, wat dit 'n sterk kandidaat maak vir die volgende generasie kragberging. Die anodevrye weergawe lê die grondslag vir meer koste-effektiewe en skaalbare waterstofgebaseerde batterye.
Papierskakel:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Geskryf deur ZHENG Zihong, geredigeer deur WU Yuyang)
Plasingstyd: 12 Maart 2025