ทีมวิจัยนำโดยศาสตราจารย์เฉิน เว่ย จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (USTC) ได้นำเสนอระบบแบตเตอรี่เคมีแบบใหม่ที่ใช้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นขั้วบวก งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารAngewandte Chemie ฉบับนานาชาติ.
ไฮโดรเจน (H2) ได้รับความสนใจในฐานะตัวพาพลังงานหมุนเวียนที่มีเสถียรภาพและคุ้มค่า เนื่องจากมีคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าที่ดี อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ไฮโดรเจนแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ใช้ H2ในรูปแบบแคโทด ซึ่งจำกัดช่วงแรงดันไฟฟ้าไว้ที่ 0.8–1.4 โวลต์ และจำกัดความจุในการกักเก็บพลังงานโดยรวม เพื่อเอาชนะข้อจำกัดนี้ ทีมวิจัยได้เสนอวิธีการใหม่: การใช้ H2ใช้เป็นขั้วบวกเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานและแรงดันไฟฟ้าในการทำงานอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อใช้ร่วมกับลิเธียมเมทัลเป็นขั้วบวก แบตเตอรี่จะแสดงประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม
แผนผังของแบตเตอรี่ Li-H (ภาพโดย USTC)
นักวิจัยได้ออกแบบระบบแบตเตอรี่ Li-H ต้นแบบ โดยประกอบด้วยขั้วบวกโลหะลิเธียม ชั้นการแพร่กระจายของก๊าซเคลือบแพลตตินัมที่ทำหน้าที่เป็นแคโทดไฮโดรเจน และอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง (Li1.3Al0.3Ti1.7(ป.ณ.4)3หรือ LATP) การกำหนดค่านี้ช่วยให้การขนส่งลิเธียมไอออนมีประสิทธิภาพและลดปฏิกิริยาทางเคมีที่ไม่พึงประสงค์ให้เหลือน้อยที่สุด จากการทดสอบ แบตเตอรี่ Li-H แสดงให้เห็นถึงความหนาแน่นพลังงานตามทฤษฎีที่ 2825 วัตต์ชั่วโมง/กิโลกรัม โดยรักษาแรงดันไฟฟ้าคงที่ไว้ที่ประมาณ 3 โวลต์ นอกจากนี้ แบตเตอรี่ยังมีประสิทธิภาพการทำงานแบบไปกลับ (RTE) ที่โดดเด่นที่ 99.7% ซึ่งบ่งชี้ถึงการสูญเสียพลังงานน้อยที่สุดระหว่างรอบการชาร์จและการคายประจุ ในขณะที่ยังคงรักษาเสถียรภาพในระยะยาว
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านต้นทุน ความปลอดภัย และความง่ายในการผลิต ทีมงานจึงได้พัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียม-เอชแบบไร้ขั้วบวก ซึ่งไม่จำเป็นต้องติดตั้งลิเธียมเมทัลไว้ล่วงหน้า แต่แบตเตอรี่จะสะสมลิเธียมจากเกลือลิเธียม (LiH) แทน2PO4และ LiOH) ในอิเล็กโทรไลต์ระหว่างการชาร์จ แบตเตอรี่รุ่นนี้ยังคงข้อดีของแบตเตอรี่ Li-H มาตรฐานไว้ พร้อมเพิ่มประโยชน์เพิ่มเติม ช่วยให้สามารถชุบและลอกลิเธียมได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยประสิทธิภาพคูลอมบิก (CE) ที่ 98.5% ยิ่งไปกว่านั้น ยังทำงานได้อย่างเสถียรแม้ในความเข้มข้นของไฮโดรเจนต่ำ ช่วยลดการพึ่งพาแหล่งกักเก็บไฮโดรเจน (H₂) ที่มีแรงดันสูง มีการสร้างแบบจำลองเชิงคำนวณ เช่น การจำลองด้วยทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (DFT) เพื่อทำความเข้าใจว่าไอออนของลิเธียมและไฮโดรเจนเคลื่อนที่อย่างไรภายในอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่
ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียม-เอช (Li-H) นี้นำเสนอโอกาสใหม่ๆ สำหรับโซลูชันการกักเก็บพลังงานขั้นสูง ที่มีศักยภาพในการประยุกต์ใช้งานครอบคลุมโครงข่ายพลังงานหมุนเวียน ยานยนต์ไฟฟ้า และแม้แต่เทคโนโลยีการบินและอวกาศ เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่นิกเกิล-ไฮโดรเจนทั่วไป ระบบแบตเตอรี่ลิเธียม-เอชให้ความหนาแน่นของพลังงานและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น ทำให้เป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่งสำหรับการกักเก็บพลังงานแห่งอนาคต แบตเตอรี่แบบไร้ขั้วบวกนี้วางรากฐานสำหรับแบตเตอรี่ไฮโดรเจนที่คุ้มค่าและปรับขนาดได้มากขึ้น
ลิงค์เอกสาร:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(เขียนโดย ZHENG Zihong เรียบเรียงโดย WU Yuyang)
เวลาโพสต์: 12 มี.ค. 2568