Rannsóknarteymi undir forystu prófessors CHEN Wei við vísinda- og tækniháskólann í Kína (USTC) hefur kynnt nýtt efnarafhlöðukerfi sem notar vetnisgas sem anóðu. Rannsóknin var birt íAngewandte Chemie International Edition.
Vetni (H2) hefur vakið athygli sem stöðugur og hagkvæmur endurnýjanlegur orkuflutningsaðili vegna hagstæðra rafefnafræðilegra eiginleika sinna. Hins vegar nota hefðbundnar vetnisrafhlöður aðallega H₂2sem katóðu, sem takmarkar spennusvið þeirra við 0,8–1,4 V og takmarkar heildarorkugeymslugetu þeirra. Til að vinna bug á þessari takmörkun lagði rannsóknarhópurinn til nýja aðferð: að nota H22sem anóðu til að auka orkuþéttleika og vinnuspennu verulega. Þegar rafhlaðan var pöruð með litíummálmi sem anóðu sýndi hún framúrskarandi rafefnafræðilega afköst.
Skýringarmynd af Li−H rafhlöðunni. (Mynd eftir USTC)
Rannsakendurnir hönnuðu frumgerð af litíum-hýdróklóríð rafhlöðukerfi, sem innihélt litíummálmanóðu, platínuhúðað gasdreifingarlag sem þjónar sem vetniskatóða og fast raflausn (Li1.3Al0,3Ti1.7(Post4)3, eða LATP). Þessi stilling gerir kleift að flytja litíumjónir á skilvirkan hátt og lágmarka óæskileg efnahvörf. Með prófunum sýndi Li-H rafhlaðan fram á fræðilega orkuþéttleika upp á 2825 Wh/kg, sem viðheldur stöðugri spennu upp á um 3V. Að auki náði hún einstakri rafhlaðunýtni (RTE) upp á 99,7%, sem bendir til lágmarks orkutaps við hleðslu og afhleðslu, en viðheldur samt langtímastöðugleika.
Til að bæta enn frekar hagkvæmni, öryggi og einfalda framleiðslu þróaði teymið anóðulausa Li-H rafhlöðu sem útilokar þörfina fyrir fyrirfram uppsettan litíummálm. Í staðinn setur rafhlaðan litíum úr litíumsöltum (LiH2PO4og LiOH) í rafvökvanum við hleðslu. Útgáfan heldur kostum hefðbundinnar Li-H rafhlöðu en býður upp á enn frekari kosti. Hún gerir kleift að húða og fjarlægja litíum á skilvirkan hátt með Kúlomb-nýtni (CE) upp á 98,5%. Þar að auki starfar hún stöðugt jafnvel við lágan vetnisþéttni, sem dregur úr þörfinni fyrir H₂-geymslu við háþrýsting. Tölvulíkön, svo sem þéttleikafallsfræði (DFT), voru framkvæmd til að skilja hvernig litíum- og vetnisjónir hreyfast innan rafvökva rafhlöðunnar.
Þessi bylting í Li-H rafhlöðutækni býður upp á ný tækifæri fyrir háþróaðar orkugeymslulausnir, með mögulegum notkunarmöguleikum sem spanna endurnýjanlega orkukerfi, rafknúin ökutæki og jafnvel flug- og geimferðatækni. Í samanburði við hefðbundnar nikkel-vetnisrafhlöður býður Li-H kerfið upp á aukna orkuþéttleika og skilvirkni, sem gerir það að sterkum kost fyrir næstu kynslóð orkugeymslu. Anóðulausa útgáfan leggur grunninn að hagkvæmari og stigstærðari vetnisrafhlöðum.
Tengill á pappír:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Skrifað af ZHENG Zihong, ritstýrt af WU Yuyang)
Birtingartími: 12. mars 2025