Un team di ricerca guidato dal Prof. Chen Wei dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) ha presentato un nuovo sistema di batterie chimiche che utilizza l'idrogeno gassoso come anodo.
L'idrogeno (H₂ ) ha attirato l'attenzione come vettore di energia rinnovabile stabile ed economico grazie alle sue favorevoli proprietà elettrochimiche. Tuttavia, le batterie convenzionali a base di idrogeno utilizzano principalmente H₂ come catodo, il che limita il loro intervallo di tensione a 0,8-1,4 V e ne restringe la capacità complessiva di accumulo di energia. Per superare questa limitazione, il team di ricerca ha proposto un nuovo approccio: utilizzare H₂ come anodo per aumentare significativamente la densità di energia e la tensione di funzionamento. In combinazione con il litio metallico come anodo, la batteria ha mostrato prestazioni elettrochimiche eccezionali.
I ricercatori hanno progettato un prototipo di sistema di batterie litio-idrogeno (Li-H) con un anodo di litio metallico, uno strato di diffusione del gas rivestito di platino che funge da catodo di idrogeno e un elettrolita solido (Li 1.3 Al 0,3 Ti 1,7 (PO 4 ) 3 , o LATP). Questa configurazione consente un efficiente trasporto degli ioni di litio riducendo al minimo le interazioni chimiche indesiderate. Nei test, la batteria Li-H ha mostrato una densità di energia teorica di 2825 Wh/kg e ha mantenuto una tensione costante di circa 3 V. Inoltre, è stata raggiunta una notevole efficienza di ciclo (RTE) del 99,7%, indicando una perdita di energia minima durante i cicli di carica e scarica, mantenendo al contempo una stabilità a lungo termine.
Per migliorare ulteriormente l'efficienza in termini di costi, la sicurezza e la facilità di produzione, il team ha sviluppato una batteria litio-idrogeno senza anodo che elimina la necessità di litio metallico preinstallato. Invece, la batteria deposita il litio dai sali di litio (LiH₂PO₄ e LiOH ) nell'elettrolita durante la carica. Questa versione mantiene i vantaggi della batteria litio-idrogeno standard introducendo ulteriori benefici. Consente un'efficiente deposizione e rimozione del litio con un'efficienza coulombica (CE) del 98,5%. Inoltre, funziona stabilmente anche a basse concentrazioni di idrogeno, riducendo la dipendenza dallo stoccaggio di idrogeno ad alta pressione. Per comprendere come si muovono gli ioni di litio e idrogeno all'interno dell'elettrolita della batteria, sono stati eseguiti modelli computerizzati, come simulazioni basate sulla teoria del funzionale della densità (DFT).
Questa svolta nella tecnologia delle batterie Li-H apre nuove possibilità per soluzioni avanzate di accumulo di energia, con potenziali applicazioni nelle reti di energia rinnovabile, nei veicoli elettrici e persino nell'ingegneria aerospaziale. Rispetto alle batterie nichel-idrogeno convenzionali, 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 convenienti e scalabili.
pubblicazione originale
Batterie ricaricabili al litio-idrogeno – Liu – 2025 – Angewandte Chemie – Wiley Online Library
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