Ett forskarteam lett av professor CHEN Wei vid University of Science and Technology of China (USTC) har introducerat ett nytt kemiskt batterisystem som använder vätgas som anod. Studien publicerades iAngewandte Chemie International Edition.
Väte (H2) har uppmärksammats som en stabil och kostnadseffektiv förnybar energibärare på grund av dess gynnsamma elektrokemiska egenskaper. Traditionella vätgasbaserade batterier använder dock främst H₂2som katod, vilket begränsar deras spänningsområde till 0,8–1,4 V och begränsar deras totala energilagringskapacitet. För att övervinna begränsningen föreslog forskargruppen en ny metod: att använda H₂2som anod för att avsevärt förbättra energitätheten och arbetsspänningen. I kombination med litiummetall som anod uppvisade batteriet exceptionell elektrokemisk prestanda.
Schematisk bild av Li−H-batteriet. (Bild från USTC)
Forskarna konstruerade ett prototypsystem för Li-H-batterier, som innefattade en litiummetallanod, ett platinabelagt gasdiffusionsskikt som fungerar som vätekatod och en fast elektrolyt (Li).1.3Al0,3Ti1.7(Inköpsorder4)3, eller LATP). Denna konfiguration möjliggör effektiv litiumjontransport samtidigt som oönskade kemiska interaktioner minimeras. Genom tester uppvisade Li-H-batteriet en teoretisk energitäthet på 2825 Wh/kg, med en konstant spänning på cirka 3V. Dessutom uppnådde det en anmärkningsvärd tur-retur-verkningsgrad (RTE) på 99,7 %, vilket indikerar minimal energiförlust under laddnings- och urladdningscykler, samtidigt som långsiktig stabilitet bibehålls.
För att ytterligare förbättra kostnadseffektiviteten, säkerheten och enkelheten i tillverkningen utvecklade teamet ett anodfritt Li-H-batteri som eliminerar behovet av förinstallerad litiummetall. Istället avsätter batteriet litium från litiumsalter (LiH2PO4och LiOH) i elektrolyten under laddning. Versionen behåller fördelarna med standard Li-H-batteriet samtidigt som den introducerar ytterligare fördelar. Den möjliggör effektiv litiumplätering och strippning med en Coulomb-verkningsgrad (CE) på 98,5 %. Dessutom fungerar den stabilt även vid låga vätekoncentrationer, vilket minskar beroendet av högtryckslagring av H₂. Beräkningsmodellering, såsom densitetsfunktionalteori (DFT)-simuleringar, utfördes för att förstå hur litium- och vätejoner rör sig i batteriets elektrolyt.
Detta genombrott inom Li-H-batteritekniken skapar nya möjligheter för avancerade energilagringslösningar, med potentiella tillämpningar som spänner över förnybara energinät, elfordon och till och med flyg- och rymdteknik. Jämfört med konventionella nickel-vätebatterier levererar Li-H-systemet förbättrad energitäthet och effektivitet, vilket gör det till en stark kandidat för nästa generations energilagring. Den anodfria versionen lägger grunden för mer kostnadseffektiva och skalbara vätebaserade batterier.
Länk till dokument:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Skrivet av ZHENG Zihong, redigerad av WU Yuyang)
Publiceringstid: 12 mars 2025