تیم تحقیقاتی دانشگاه علم و فناوری چین، سیستم جدید باتری معرفی کرده است که از گاز هیدروژن بهعنوان آند استفاده میکند. نتایج این پژوهش در مجله Angewandte Chemie International Edition منتشر شده است.
هیدروژن (H₂) به دلیل خواص الکتروشیمیایی مطلوب خود، بهعنوان یک حامل انرژی تجدیدپذیر پایدار و مقرونبهصرفه مورد توجه قرار گرفته است. بااینحال، باتریهای مبتنی بر هیدروژن سنتی معمولاً H₂ را بهعنوان کاتد به کار میگیرند که این امر، محدوده ولتاژ آنها را به 0.8 تا 1.4 ولت محدود کرده و ظرفیت ذخیرهسازی انرژی آنها را کاهش میدهد.
برای غلبه بر این محدودیت، تیم تحقیقاتی یک رویکرد نوآورانه پیشنهاد داده است: استفاده از H₂ بهعنوان آند برای افزایش قابلتوجه چگالی انرژی و ولتاژ کاری. هنگامی که این ساختار با آند فلز لیتیوم ترکیب شد، باتری عملکرد الکتروشیمیایی فوقالعادهای از خود نشان داد.
محققان نمونه اولیهای از سیستم باتری Li-H طراحی کردند که شامل یک آند دوگانه حاوی فلزی لیتیوم به همراه هیدروژن، یک لایه انتشار گاز پوشیده شده از پلاتین بهعنوان الکترود هیدروژن و یک الکترولیت جامد Li₁.₃Al₀.₃Ti₁.₇(PO₄)₃ یا (LATP) است. این پیکربندی انتقال مؤثر یونهای لیتیوم را ممکن ساخته و واکنشهای شیمیایی نامطلوب را به حداقل میرساند.
آزمایشها نشان می دهد که این باتری Li-H دارای چگالی انرژی تئوری 2825 واتساعت بر کیلوگرم بوده و ولتاژ پایدار حدود 3 ولت را حفظ میکند.
همچنین، این باتری بازده انرژی چرخهای معادل 99.7٪ را ارائه داده است که نشاندهنده حداقل تلفات انرژی در طی فرآیندهای شارژ و دشارژ است. علاوه بر این، باتری طول عمر بالایی را از خود نشان داده است.
برای بهبود بیشتر هزینه، ایمنی و سادگی تولید، تیم تحقیقاتی یک نسخه بدون آند از باتری Li-H توسعه داده است که نیازی به لیتیوم فلزی از پیش نصبشده ندارد. این نسخه علاوه بر حفظ مزایای باتری استاندارد Li-H، ویژگیهای جدیدی را نیز معرفی میکند. از جمله، امکان انجام فرآیند لایهنشانی و جدایش کارآمد لیتیوم با راندمان کولمبی (CE) برابر 98.5٪. همچنین، این باتری حتی در غلظتهای پایین هیدروژن عملکرد پایداری دارد و نیاز به ذخیرهسازی H₂ در فشار بالا را کاهش میدهد.
این پیشرفت در فناوری باتری Li-H، فرصتهای جدیدی را برای راهکارهای پیشرفته ذخیرهسازی انرژی فراهم میکند. در مقایسه با باتریهای نیکل-هیدروژن سنتی، سیستمLi-H دارای چگالی انرژی و بازدهی بالاتری بوده و گزینهای جذاب برای نسل بعدی ذخیره انرژی محسوب میشود. نسخه بدون آند نیز پایهای برای باتریهای مبتنی بر هیدروژن با هزینه کمتر و مقیاسپذیری بیشتر ایجاد میکند.
برای ارجاع به مقاله مذکور، کلیک نمایید.
