USTC Inatengeneza Betri za Gesi ya Lithiamu-hidrojeni zenye Utendaji wa Juu Zinazoweza Kuchajiwa

Timu ya watafiti inayoongozwa na Prof. CHEN Wei katika Chuo Kikuu cha Sayansi na Teknolojia cha China (USTC) imeanzisha mfumo mpya wa betri wa kemikali ambao unatumia gesi ya hidrojeni kama anode. Utafiti huo ulichapishwa katikaToleo la Kimataifa la Angewandte Chemie.

Hidrojeni (H₂) imeangaziwa kama mtoa huduma wa nishati mbadala thabiti na wa gharama nafuu kutokana na sifa zake nzuri za kielektroniki. Walakini, betri za jadi zinazotegemea hidrojeni kimsingi hutumia H₂kama cathode, ambayo huzuia masafa yao ya voltage hadi 0.8-1.4 V na kuzuia uwezo wao wa jumla wa kuhifadhi nishati. Ili kuondokana na kizuizi, timu ya watafiti ilipendekeza mbinu mpya: kutumia H₂kama anode ya kuongeza kwa kiasi kikubwa msongamano wa nishati na voltage ya kufanya kazi. Wakati ilipounganishwa na chuma cha lithiamu kama anodi, betri ilionyesha utendaji wa kipekee wa kielektroniki.

Kiratibu cha betri ya Li-H. (Picha na USTC)

Watafiti walitengeneza mfumo wa betri wa mfano wa Li-H, unaojumuisha anode ya chuma ya lithiamu, safu ya uenezaji wa gesi iliyofunikwa na platinamu inayotumika kama cathode ya hidrojeni, na elektroliti thabiti (Li._1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃, au LATP). Usanidi huu unaruhusu usafiri bora wa ioni ya lithiamu huku ukipunguza mwingiliano wa kemikali usiohitajika. Kupitia majaribio, betri ya Li-H ilionyesha msongamano wa nishati ya kinadharia wa 2825 Wh/kg, ikidumisha volti thabiti ya karibu 3V. Zaidi ya hayo, ilipata ufanisi wa ajabu wa safari ya kwenda na kurudi (RTE) wa 99.7%, ikionyesha upotevu mdogo wa nishati wakati wa mizunguko ya kuchaji na kutoa, huku ikidumisha utulivu wa muda mrefu.

Ili kuboresha zaidi ufanisi wa gharama, usalama na urahisi wa utengenezaji, timu ilitengeneza betri ya Li-H isiyo na anode ambayo huondoa hitaji la chuma cha lithiamu kilichosakinishwa awali. Badala yake, betri huweka lithiamu kutoka kwa chumvi za lithiamu (LiH₂PO₄na LiOH) katika elektroliti wakati wa kuchaji. Toleo hili huhifadhi manufaa ya betri ya kawaida ya Li-H huku likileta manufaa ya ziada. Inawezesha uwekaji na uchujaji wa lithiamu kwa ufanisi kwa ufanisi wa Coulombic (CE) wa 98.5%. Zaidi ya hayo, inafanya kazi kwa utulivu hata katika viwango vya chini vya hidrojeni, na kupunguza utegemezi wa hifadhi ya H₂ ya shinikizo la juu. Uundaji wa hesabu, kama vile uigaji wa Nadharia ya Utendaji Kazi wa Msongamano (DFT), ulitekelezwa ili kuelewa jinsi ioni za lithiamu na hidrojeni husogea ndani ya elektroliti ya betri.

Mafanikio haya katika teknolojia ya betri ya Li-H yanawasilisha fursa mpya za suluhu za hali ya juu za uhifadhi wa nishati, na programu zinazowezekana zinazojumuisha gridi za nishati mbadala, magari ya umeme, na hata teknolojia ya anga. Ikilinganishwa na betri za kawaida za nikeli-hidrojeni, mfumo wa Li-H hutoa msongamano wa nishati ulioimarishwa na ufanisi, na kuufanya kuwa mgombea dhabiti wa hifadhi ya nishati ya kizazi kijacho. Toleo lisilo na anode huweka msingi wa betri za hidrojeni za gharama nafuu zaidi na za hatari.

Kiungo cha Karatasi:https://doi.org/10.1002/ange.202419663

(Imeandikwa na ZHENG Zihong, Iliyohaririwa na WU Yuyang)