Даследчая група пад кіраўніцтвам прафесара Чэнь Вэя з Кітайскага ўніверсітэта навукі і тэхналогій (USTC) прадставіла новую сістэму хімічных акумулятараў, якая выкарыстоўвае вадарод у якасці анода. Даследаванне было апублікавана ўМіжнароднае выданне Angewandte Chemie.
Вадарод (H2) прыцягнуў увагу як стабільны і эканамічна эфектыўны носьбіт аднаўляльнай энергіі дзякуючы сваім спрыяльным электрахімічным уласцівасцям. Аднак традыцыйныя вадародныя батарэі ў асноўным выкарыстоўваюць H2у якасці катода, што абмяжоўвае дыяпазон іх напружання да 0,8–1,4 В і абмяжоўвае іх агульную ёмістасць назапашвання энергіі. Каб пераадолець гэтае абмежаванне, даследчая група прапанавала новы падыход: выкарыстанне H2у якасці анода для значнага павышэння шчыльнасці энергіі і працоўнага напружання. У спалучэнні з металічным літыем у якасці анода батарэя прадэманстравала выключныя электрахімічныя характарыстыкі.
Схема літый-гідрыднай батарэі. (Выява USTC)
Даследчыкі распрацавалі прататып літый-гідрыднай батарэйнай сістэмы, якая ўключае літый-металічны анод, пакрыты плацінай газадыфузійны пласт, які служыць вадародным катодам, і цвёрды электраліт (Li1.3Al0,3Ti1.7(ПА4)3, або LATP). Такая канфігурацыя дазваляе эфектыўна транспартаваць іонныя літыя, мінімізуючы пры гэтым непажаданыя хімічныя ўзаемадзеянні. Падчас выпрабаванняў літый-гідрыдны акумулятар прадэманстраваў тэарэтычную шчыльнасць энергіі 2825 Вт·г/кг, падтрымліваючы стабільнае напружанне каля 3 В. Акрамя таго, ён дасягнуў выдатнай эфектыўнасці паўторнага зараду (RTE) 99,7%, што сведчыць аб мінімальных стратах энергіі падчас цыклаў зарадкі і разрадкі, захоўваючы пры гэтым доўгатэрміновую стабільнасць.
Каб яшчэ больш павысіць эканамічную эфектыўнасць, бяспеку і спрасціць вытворчасць, каманда распрацавала літый-гідрыдны акумулятар без анода, які выключае неабходнасць папярэдне ўсталяванага літыевага металу. Замест гэтага акумулятар вылучае літый з соляў літыя (LiH2PO4і LiOH) у электраліце падчас зарадкі. Гэтая версія захоўвае перавагі стандартнага літый-гідрыднага акумулятара, але мае і дадатковыя перавагі. Яна дазваляе эфектыўна наносіць і здымаць літый з кулонаўскай эфектыўнасцю (CE) 98,5%. Больш за тое, яна стабільна працуе нават пры нізкіх канцэнтрацыях вадароду, што змяншае залежнасць ад захоўвання H₂ пад высокім ціскам. Для разумення таго, як іёны літыя і вадароду рухаюцца ў электраліце акумулятара, было праведзена вылічальнае мадэляванне, такое як мадэляванне з дапамогай тэорыі функцыяналу шчыльнасці (DFT).
Гэты прарыў у тэхналогіі літый-гідраўлічных акумулятараў адкрывае новыя магчымасці для перадавых рашэнняў па захоўванні энергіі, з патэнцыйным прымяненнем, якое ахоплівае сеткі аднаўляльных крыніц энергіі, электрамабілі і нават аэракасмічную тэхналогію. У параўнанні з традыцыйнымі нікель-вадароднымі акумулятарамі, сістэма літый-гідраўлічных акумулятараў забяспечвае павышаную шчыльнасць энергіі і эфектыўнасць, што робіць яе моцным кандыдатам для захоўвання энергіі наступнага пакалення. Безанодная версія закладвае аснову для больш эканамічна эфектыўных і маштабуемых акумулятараў на аснове вадароду.
Спасылка на паперу:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Аўтар: ЧЖЭН Цзыхун, пад рэдакцыяй ВУ Юян)
Час публікацыі: 12 сакавіка 2025 г.