Professori CHEN Wein johtama tutkimusryhmä Kiinan tiede- ja teknologiayliopistossa (USTC) on esitellyt uuden kemiallisen akkujärjestelmän, joka käyttää vetykaasua anodina. Tutkimus julkaistiin ... -lehdessä.Angewandte Chemie International Edition.
Vety (H2) on saanut huomiota vakaana ja kustannustehokkaana uusiutuvan energian kantajana suotuisten sähkökemiallisten ominaisuuksiensa ansiosta. Perinteiset vetypohjaiset akut käyttävät kuitenkin pääasiassa H:ta2katodina, mikä rajoittaa niiden jännitealueen 0,8–1,4 V:iin ja heikentää niiden kokonaisenergian varastointikapasiteettia. Rajoituksen voittamiseksi tutkimusryhmä ehdotti uutta lähestymistapaa: H:n hyödyntämistä2anodina energiatiheyden ja käyttöjännitteen merkittäväksi parantamiseksi. Yhdessä litiummetallin kanssa anodina akulla oli poikkeuksellinen sähkökemiallinen suorituskyky.
Li-H-akun kytkentäkaavio. (Kuva: USTC)
Tutkijat suunnittelivat prototyyppisen Li-H-akkujärjestelmän, joka sisälsi litiummetallianodin, platinapäällysteisen kaasudiffuusiokerroksen, joka toimi vetykatodina, ja kiinteän elektrolyytin (Li1.3Al0,3Ti1.7(Postitustiedot4)3, tai LATP). Tämä kokoonpano mahdollistaa tehokkaan litiumionien kuljetuksen ja minimoi ei-toivotut kemialliset vuorovaikutukset. Testeissä Li-H-akun teoreettinen energiatiheys oli 2825 Wh/kg ja jännite pysyi tasaisena noin 3 V:ssa. Lisäksi se saavutti huomattavan 99,7 %:n edestakaisen hyötysuhteen (RTE), mikä osoittaa minimaalisen energiahäviön lataus- ja purkaussyklien aikana säilyttäen samalla pitkän aikavälin vakauden.
Kustannustehokkuuden, turvallisuuden ja valmistuksen yksinkertaistamiseksi entisestään tiimi kehitti anodittoman Li-H-akun, joka poistaa esiasennetun litiummetallin tarpeen. Sen sijaan akku kerrostaa litiumia litiumsuoloista (LiH2PO4ja LiOH) elektrolyytissä latauksen aikana. Tämä versio säilyttää tavallisen Li-H-akun edut, mutta tarjoaa samalla lisäetuja. Se mahdollistaa tehokkaan litiumpinnoituksen ja -strippauksen 98,5 %:n Coulombin hyötysuhteella (CE). Lisäksi se toimii vakaasti myös alhaisilla vetypitoisuuksilla, mikä vähentää riippuvuutta korkeapaineisesta H₂-varastoinnista. Laskennallista mallinnusta, kuten tiheysfunktionaaliteorian (DFT) simulaatioita, tehtiin ymmärtämään, miten litium- ja vetyionit liikkuvat akun elektrolyytissä.
Tämä läpimurto Li-H-akkuteknologiassa avaa uusia mahdollisuuksia edistyneille energian varastointiratkaisuille, ja potentiaalisia sovelluksia on uusiutuvan energian verkoissa, sähköajoneuvoissa ja jopa ilmailu- ja avaruustekniikassa. Perinteisiin nikkeli-vety-akkuihin verrattuna Li-H-järjestelmä tarjoaa paremman energiatiheyden ja hyötysuhteen, mikä tekee siitä vahvan ehdokkaan seuraavan sukupolven energian varastointiin. Anoditon versio luo pohjan kustannustehokkaammille ja skaalautuvammille vetypohjaisille akuille.
Paperilinkki:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Kirjoittaja ZHENG Zihong, toimittanut WU Yuyang)
Julkaisun aika: 12.3.2025