Рекорд: нова литиево-водородна батерия демонстрира енергийна плътност от 2 825 Wh/kg

Изследователи от Китайския университет за наука и технологии представиха нова литиево-водородна батерия, която използва водород като катод. Това е довело до повишаване на работното напрежение до 3 V и до увеличаване на енергийната плътност до 2 825 Wh/kg. Новата батерия демонстрира висока ефективност на зареждане и разреждане (99,7%) и стабилна работа. Разработчиците са създали и версия без анод, при която по време на зареждането се образува метален литий, което опростява производството и намалява разходите.

Водородът (H2) се счита за обещаващ и рентабилен носител на възобновяема енергия поради своите електрохимични свойства. В предишни разработки обаче като анод се използваше електрод от газообразен водород. Това е ограничило работното напрежение до диапазона 0,8-1,4 V и е намалило общата енергийна плътност до 200 Wh/kg. За да решат този проблем, изследователите прилагат нов подход: използват H2 като катод, тъй като той има добри окислително-редукционни свойства. Това им дава възможност да увеличат енергийната плътност и работното напрежение. В комбинация с литий като анод, новата батерия показва отлични електрохимични характеристики.

Изследователите са създали опитен образец на литиево-водородна (Li-H) батерия. Тя се състои от метален литий като анод, газодифузионен слой с платинено покритие, който служи като водороден катод, и електролит в твърдо състояние (Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3, или LATP).

Тази конструкция осигурява ефективен пренос на литиевите йони и свежда до минимум нежеланите химични реакции. По време на тестовете батерията достига теоретичната енергийна плътност от 2825Wh/kg при стабилно напрежение от около 3V. Тя демонстрира и висока ефективност на зареждане и разреждане от 99,7%, което означава минимална загуба на енергия при запазване на стабилната работа.

За да подобрят рентабилността, безопасността и да опростят производството, изследователите са създали литиево-водородна батерия без анод. В нея не е необходимо металният литий да бъде предварително поставен – вместо това той се утаява от литиевите соли (LiH2PO4 и LiOH), съдържащи се в електролита, по време на зареждането.

Този подход запазва всички предимства на стандартната Li-H батерия и добавя нови: висока кулонова ефективност (98,5%) при отлагането и отстраняването на лития и стабилна работа дори при ниски концентрации на водорода, което намалява необходимостта от съхранение на H₂ под високо налягане. За да се изследват процесите на движение на литиевите йони и водородните йони в електролита, е извършено компютърно моделиране с помощта на теорията на функционала на плътността (DFT).

Разработката на учените открива нови възможности за съхранение на енергията, включително в електрическите мрежи, електромобилите и дори в космическите кораби. В сравнение с никелово-водородните батерии технологията Li-H предлага по-голяма енергийна плътност и ефективност, което я прави обещаващ вариант за следващото поколение системи за съхранение на енергия. Безанодната версия прави тези батерии по-евтини и по-лесни за производство.