Un team di ricerca guidato dal Prof. CHEN Wei dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) ha introdotto un nuovo sistema di batterie chimiche che utilizza l'idrogeno gassoso come anodo. Lo studio è stato pubblicato suAngewandte Chemie Edizione Internazionale.
Idrogeno (H2) ha guadagnato attenzione come vettore energetico rinnovabile stabile ed economico grazie alle sue favorevoli proprietà elettrochimiche. Tuttavia, le tradizionali batterie a idrogeno utilizzano principalmente H2come catodo, il che limita il loro intervallo di tensione a 0,8-1,4 V e limita la loro capacità complessiva di accumulo di energia. Per superare questa limitazione, il team di ricerca ha proposto un nuovo approccio: utilizzare H2come anodo per migliorare significativamente la densità energetica e la tensione di esercizio. Abbinata al litio metallico come anodo, la batteria ha mostrato prestazioni elettrochimiche eccezionali.
Schema della batteria Li-H. (Immagine di USTC)
I ricercatori hanno progettato un prototipo di sistema di batterie Li-H, che incorpora un anodo di litio metallico, uno strato di diffusione di gas rivestito di platino che funge da catodo di idrogeno e un elettrolita solido (Li1.3Al0,3Ti1.7(PO4)3, o LATP). Questa configurazione consente un trasporto efficiente degli ioni di litio riducendo al minimo le interazioni chimiche indesiderate. Durante i test, la batteria Li-H ha dimostrato una densità energetica teorica di 2825 Wh/kg, mantenendo una tensione costante di circa 3 V. Inoltre, ha raggiunto una notevole efficienza di andata e ritorno (RTE) del 99,7%, indicando una perdita di energia minima durante i cicli di carica e scarica, pur mantenendo la stabilità a lungo termine.
Per migliorare ulteriormente l'efficienza dei costi, la sicurezza e la semplicità di produzione, il team ha sviluppato una batteria Li-H senza anodo che elimina la necessità di litio metallico preinstallato. Al suo posto, la batteria deposita il litio da sali di litio (LiH2PO4e LiOH) nell'elettrolita durante la carica. Questa versione mantiene i vantaggi della batteria Li-H standard, introducendo però ulteriori vantaggi. Consente un'efficiente placcatura e strippaggio del litio con un'efficienza coulombiana (CE) del 98,5%. Inoltre, funziona stabilmente anche a basse concentrazioni di idrogeno, riducendo la dipendenza dall'accumulo di H₂ ad alta pressione. Sono state eseguite simulazioni computazionali, come la teoria del funzionale della densità (DFT), per comprendere il movimento degli ioni di litio e idrogeno all'interno dell'elettrolita della batteria.
Questa svolta nella tecnologia delle batterie Li-H offre nuove opportunità per soluzioni avanzate di accumulo di energia, con potenziali applicazioni che spaziano dalle reti di energia rinnovabile ai veicoli elettrici e persino alla tecnologia aerospaziale. Rispetto alle tradizionali batterie al nichel-idrogeno, il sistema Li-H offre una maggiore densità energetica ed efficienza, rendendolo un valido candidato per l'accumulo di energia di nuova generazione. La versione senza anodo getta le basi per batterie a idrogeno più economiche e scalabili.
Link cartaceo:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Scritto da ZHENG Zihong, a cura di WU Yuyang)
Data di pubblicazione: 12-03-2025