Исследователи из Китайского университета науки и технологий представили новую литий-водородную батарею, в которой водородный газ используется в качестве катода. Это позволило увеличить рабочее напряжение до 3 В и повысить плотность энергии до 2825 Вт·ч/кг. Новый аккумулятор демонстрирует высокую эффективность заряда-разряда (99,7 %) и стабильную работу. Разработчики также создали версию без анода, где металлический литий формируется во время зарядки, что упрощает производство и снижает затраты.
Водород (H2) считается перспективным и экономичным носителем возобновляемой энергии за счет своих электрохимических свойств. Однако в предыдущих разработках водородный газовый электрод использовался в качестве анода. Это ограничивало рабочее напряжение диапазоном 0,8-1,4 В и снижало общую плотность энергии до 200 Вт·ч/кг. Чтобы решить эту проблему, исследователи предложили новый подход: использовать H2 в качестве катода, поскольку он обладает хорошими окислительно-восстановительными свойствами. Это позволило увеличить плотность энергии и рабочее напряжение. В сочетании с литием в качестве анода новая батарея показала отличные электрохимические характеристики.
Исследователи создали прототип литий-водородной (Li-H) батареи. В ее состав вошли: металлический литий в качестве анода, газодиффузионный слой с платиновым покрытием, который служит водородным катодом, и твердотельный электролит (Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3, или LATP).
Такая конструкция обеспечивает эффективный перенос ионов лития и сводит к минимуму нежелательные химические реакции. Во время тестов батарея показала теоретическую плотность энергии 2825 Вт·ч/кг при стабильном напряжении около 3 В. Кроме того, она продемонстрировала высокую эффективность заряда-разряда — 99,7 %, что указывает на минимальные потери энергии при сохранении стабильности работы.
Для повышения экономичности, безопасности и упрощения производства исследователи создали литий-водородный аккумулятор без анода. В ней металлический литий не требуется заранее устанавливать — вместо этого он осаждается из литиевых солей (LiH2PO4 и LiOH), содержащихся в электролите, во время зарядки.
Этот подход сохраняет все преимущества стандартной Li-H батареи и добавляет новые: высокую кулоновскую эффективность (98,5%) при осаждении и удалении лития, а также стабильную работу даже при низких концентрациях водорода, что уменьшает необходимость хранения H₂ под высоким давлением. Чтобы изучить процессы движения ионов лития и водорода в электролите было проведено компьютерное моделирование с использованием теории функционала плотности (DFT).
Разработка ученых открывает новые возможности для хранения энергии, в том числе для электросетей, электромобилей и даже космических аппаратов. По сравнению с никель-водородными батареями, технология Li-H обладает большей плотностью энергии и эффективностью, что делает ее многообещающим вариантом для следующего поколения накопителей энергии. Версия без анода делает такие аккумуляторы более дешевыми и простыми в изготовлении.
