ჩინეთის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტის (USTC) პროფესორ ჩენ ვეის ხელმძღვანელობით კვლევითმა ჯგუფმა წარმოადგინა ახალი ქიმიური ბატარეის სისტემა, რომელიც წყალბადის აირს ანოდად იყენებს. კვლევა გამოქვეყნდა ჟურნალში „...Angewandte Chemie საერთაშორისო გამოცემა.
წყალბადი (H2) ყურადღება მიიპყრო, როგორც სტაბილურმა და ეკონომიურმა განახლებადი ენერგიის გადამტანმა, მისი ხელსაყრელი ელექტროქიმიური თვისებების გამო. თუმცა, ტრადიციული წყალბადის ბაზაზე დამზადებული აკუმულატორები ძირითადად იყენებენ H-ს.2კათოდად, რაც მათ ძაბვის დიაპაზონს 0.8–1.4 ვოლტამდე ზღუდავს და ენერგიის შენახვის საერთო ტევადობას. შეზღუდვის დასაძლევად, კვლევითმა ჯგუფმა შემოგვთავაზა ახალი მიდგომა: H-ს გამოყენება2ანოდის სახით ენერგიის სიმკვრივისა და სამუშაო ძაბვის მნიშვნელოვნად გასაზრდელად. ლითიუმ-ლითონთან ანოდის სახით შეწყვილებისას, აკუმულატორმა გამოავლინა გამორჩეული ელექტროქიმიური მახასიათებლები.
Li-H ბატარეის სქემა. (სურათი USTC-ის მიერ)
მკვლევარებმა შეიმუშავეს Li-H ბატარეის სისტემის პროტოტიპი, რომელიც მოიცავდა ლითიუმის მეტალის ანოდს, პლატინით დაფარულ გაზის დიფუზიურ ფენას, რომელიც წყალბადის კათოდს წარმოადგენს და მყარ ელექტროლიტს (Li).1.3Al0.3Ti1.7(შეკვეთის შეკვეთა4)3, ან LATP). ეს კონფიგურაცია უზრუნველყოფს ლითიუმ-იონების ეფექტურ ტრანსპორტირებას არასასურველი ქიმიური ურთიერთქმედებების მინიმიზაციის პარალელურად. ტესტირების შედეგად, Li-H ბატარეამ აჩვენა 2825 ვტ.სთ/კგ თეორიული ენერგიის სიმკვრივე, დაახლოებით 3 ვოლტის სტაბილური ძაბვის შენარჩუნებით. გარდა ამისა, მან მიაღწია შესანიშნავ 99.7%-იან წრიული ეფექტურობის (RTE) მაჩვენებელს, რაც მიუთითებს ენერგიის მინიმალურ დანაკარგზე დატენვისა და განმუხტვის ციკლების დროს და ამავდროულად ინარჩუნებს ხანგრძლივ სტაბილურობას.
ეკონომიურობის, უსაფრთხოებისა და წარმოების სიმარტივის კიდევ უფრო გასაუმჯობესებლად, გუნდმა შეიმუშავა ანოდისგან თავისუფალი Li-H აკუმულატორი, რომელიც გამორიცხავს წინასწარ დაყენებული ლითიუმის ლითონის საჭიროებას. ამის ნაცვლად, აკუმულატორი ლითიუმს ლითიუმის მარილებიდან (LiH) გამოიმუშავებს.2PO4და LiOH) ელექტროლიტში დატენვის დროს. ვერსია ინარჩუნებს სტანდარტული Li-H ბატარეის უპირატესობებს და ამავდროულად შემოაქვს დამატებითი უპირატესობები. ის უზრუნველყოფს ლითიუმის ეფექტურ მოპირკეთებას და გაშიშვლებას 98.5%-იანი კულონური ეფექტურობით (CE). გარდა ამისა, ის სტაბილურად მუშაობს წყალბადის დაბალი კონცენტრაციების დროსაც კი, რაც ამცირებს მაღალი წნევის H₂ შენახვაზე დამოკიდებულებას. ლითიუმის და წყალბადის იონების მოძრაობის გასაგებად, აკუმულატორის ელექტროლიტში გამოყენების წესის გასაგებად, ჩატარდა გამოთვლითი მოდელირება, როგორიცაა სიმკვრივის ფუნქციური თეორიის (DFT) სიმულაციები.
ლითიუმ-ჰილიუმის აკუმულატორების ტექნოლოგიაში ეს გარღვევა ახალ შესაძლებლობებს ქმნის ენერგიის შენახვის მოწინავე გადაწყვეტილებებისთვის, რომელთა პოტენციური გამოყენება მოიცავს განახლებადი ენერგიის ქსელებს, ელექტრომობილებს და აერონავტიკულ ტექნოლოგიებსაც კი. ჩვეულებრივ ნიკელ-წყალბადის აკუმულატორებთან შედარებით, ლითიუმ-ჰილიუმის სისტემა უზრუნველყოფს გაუმჯობესებულ ენერგიის სიმკვრივეს და ეფექტურობას, რაც მას ახალი თაობის ენერგიის შენახვის ძლიერ კანდიდატად აქცევს. ანოდის გარეშე ვერსია საფუძველს უყრის უფრო ეკონომიურ და მასშტაბირებად წყალბადზე დაფუძნებულ აკუმულატორებს.
ქაღალდის ბმული:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(დაწერილი ZHENG Zihong, რედაქტირებულია WU Yuyang)
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 12 მარტი