Hiina Teadus- ja Tehnoloogiaülikooli (USTC) professor CHEN Wei juhitud uurimisrühm on tutvustanud uut keemilise aku süsteemi, mis kasutab anoodina vesinikgaasi. Uuring avaldati ajakirjas ...Angewandte Chemie rahvusvaheline väljaanne.
Vesinik (H2) on oma soodsate elektrokeemiliste omaduste tõttu pälvinud tähelepanu stabiilse ja kulutõhusa taastuvenergia kandjana. Traditsioonilised vesinikupõhised akud kasutavad aga peamiselt H2-d2katoodina, mis piirab nende pingevahemikku 0,8–1,4 V ja piirab nende üldist energiasalvestusmahtu. Piirangu ületamiseks pakkus uurimisrühm välja uudse lähenemisviisi: H2 kasutamine2anoodina, et oluliselt suurendada energiatihedust ja tööpinget. Liitiummetalli anoodina kasutamisel oli akul erakordne elektrokeemiline jõudlus.
Li-H aku skeem. (Pilt USTC-lt)
Teadlased konstrueerisid prototüübi Li-H akusüsteemi, mis sisaldas liitiummetalli anoodi, plaatinaga kaetud gaasi difusioonikihti, mis toimis vesinikkatoodina, ja tahket elektrolüüti (Li1.3Al0,3Ti1.7(Postitusnumber4)3ehk LATP). See konfiguratsioon võimaldab liitiumioonide tõhusat transporti, minimeerides samal ajal soovimatuid keemilisi interaktsioone. Testimise käigus näitas Li-H aku teoreetilist energiatihedust 2825 Wh/kg, säilitades stabiilse pinge umbes 3 V. Lisaks saavutas see märkimisväärse edasi-tagasi efektiivsuse (RTE) 99,7%, mis näitab minimaalset energiakadu laadimis- ja tühjendustsüklite ajal, säilitades samal ajal pikaajalise stabiilsuse.
Kulutõhususe, ohutuse ja tootmise lihtsuse edasiseks parandamiseks töötas meeskond välja anoodivaba Li-H aku, mis välistab vajaduse eelnevalt paigaldatud liitiummetalli järele. Selle asemel sadestab aku liitiumi liitiumisooladest (LiH2PO4ja LiOH) elektrolüüdis laadimise ajal. See versioon säilitab standardse Li-H aku eelised, lisades samal ajal täiendavaid eeliseid. See võimaldab tõhusat liitiumkatmist ja -eemaldamist Coulombilise efektiivsusega (CE) 98,5%. Lisaks töötab see stabiilselt isegi madala vesiniku kontsentratsiooni korral, vähendades sõltuvust kõrgsurve H₂ säilitamisest. Liitiumi ja vesinikioonide liikumise mõistmiseks aku elektrolüüdis viidi läbi arvutuslikku modelleerimist, näiteks tihedusfunktsionaalteooria (DFT) simulatsioone.
See läbimurre Li-H akutehnoloogias pakub uusi võimalusi täiustatud energiasalvestuslahenduste jaoks, mille potentsiaalsed rakendused hõlmavad taastuvenergiavõrke, elektriautosid ja isegi lennundustehnoloogiat. Võrreldes tavapäraste nikkel-vesinik-akudega pakub Li-H süsteem suuremat energiatihedust ja -tõhusust, muutes selle tugevaks kandidaadiks järgmise põlvkonna energiasalvestuseks. Anoodivaba versioon loob aluse kulutõhusamatele ja skaleeritavamatele vesinikupõhistele akudele.
Paberi link:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Kirjutas ZHENG Zihong, toimetanud WU Yuyang)
Postituse aeg: 12. märts 2025