Un equip de recerca dirigit pel professor CHEN Wei de la Universitat de Ciència i Tecnologia de la Xina (USTC) ha introduït un nou sistema de bateria química que utilitza hidrogen gasós com a ànode. L'estudi es va publicar a la revistaAngewandte Chemie Edició Internacional.
Hidrogen (H2) ha guanyat atenció com a vector d'energia renovable estable i rendible a causa de les seves propietats electroquímiques favorables. Tanmateix, les bateries tradicionals basades en hidrogen utilitzen principalment H2com a càtode, cosa que restringeix el seu rang de voltatge a 0,8–1,4 V i limita la seva capacitat total d'emmagatzematge d'energia. Per superar la limitació, l'equip de recerca va proposar un nou enfocament: utilitzar H2com a ànode per millorar significativament la densitat d'energia i el voltatge de funcionament. Quan es combina amb liti metàl·lic com a ànode, la bateria va mostrar un rendiment electroquímic excepcional.
Esquema de la bateria Li−H. (Imatge de l'USTC)
Els investigadors van dissenyar un prototip de sistema de bateria Li-H, que incorpora un ànode metàl·lic de liti, una capa de difusió de gas recoberta de platí que serveix com a càtode d'hidrogen i un electròlit sòlid (Li1.3Al0,3Ti1.7(PO)4)3, o LATP). Aquesta configuració permet un transport eficient d'ions de liti alhora que minimitza les interaccions químiques no desitjades. Mitjançant proves, la bateria Li-H va demostrar una densitat d'energia teòrica de 2825 Wh/kg, mantenint un voltatge constant d'uns 3 V. A més, va aconseguir una notable eficiència d'anada i tornada (RTE) del 99,7%, cosa que indica una pèrdua d'energia mínima durant els cicles de càrrega i descàrrega, alhora que manté l'estabilitat a llarg termini.
Per millorar encara més la rendibilitat, la seguretat i la simplicitat de fabricació, l'equip va desenvolupar una bateria Li-H sense ànode que elimina la necessitat de liti metàl·lic preinstal·lat. En canvi, la bateria diposita liti a partir de sals de liti (LiH2PO4i LiOH) a l'electròlit durant la càrrega. La versió conserva els avantatges de la bateria Li-H estàndard alhora que introdueix beneficis addicionals. Permet un recobriment i despullat de liti eficient amb una eficiència coulombiana (CE) del 98,5%. A més, funciona de manera estable fins i tot a baixes concentracions d'hidrogen, reduint la dependència de l'emmagatzematge d'H₂ a alta pressió. Es van realitzar models computacionals, com ara simulacions de teoria funcional de la densitat (DFT), per entendre com es mouen els ions de liti i hidrogen dins de l'electròlit de la bateria.
Aquest avenç en la tecnologia de bateries Li-H presenta noves oportunitats per a solucions avançades d'emmagatzematge d'energia, amb aplicacions potencials que abasten les xarxes d'energia renovable, els vehicles elèctrics i fins i tot la tecnologia aeroespacial. En comparació amb les bateries convencionals de níquel-hidrogen, el sistema Li-H ofereix una densitat i eficiència energètica millorades, cosa que el converteix en un candidat fort per a l'emmagatzematge d'energia de nova generació. La versió sense ànode estableix les bases per a bateries basades en hidrogen més rendibles i escalables.
Enllaç del paper:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Escrit per ZHENG Zihong, editat per WU Yuyang)
Data de publicació: 12 de març de 2025