Cina: ecco le batterie al litio-idrogeno ad alte prestazioni

Un team di ricerca guidato dal Prof. CHEN Wei dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) ha presentato un nuovo sistema di batterie chimiche che utilizza l’idrogeno gassoso come anodo. Lo studio è stato pubblicato su Angewandte Chemie International Edition.

L’idrogeno (H₂) ha guadagnato attenzione come vettore di energia rinnovabile stabile ed economico grazie alle sue proprietà elettrochimiche favorevoli. Tuttavia, le tradizionali batterie a idrogeno utilizzano principalmente l’H₂ come 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 questo limite, il team di ricerca ha proposto un nuovo approccio: utilizzare l’H₂ come anodo per aumentare significativamente la densità energetica e la tensione di lavoro. Se abbinata al litio metallico come anodo, la batteria ha mostrato prestazioni elettrochimiche eccezionali.

I ricercatori hanno progettato un prototipo di sistema di batterie Li-H, che incorpora 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_1,3Al_0,3Ti_1,7(PO₄)₃, o LATP). Questa configurazione consente un efficiente trasporto di ioni di litio, riducendo al minimo le interazioni chimiche indesiderate. Attraverso i test, la batteria Li-H ha dimostrato una densità di energia 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, 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. Invece, la batteria deposita litio dai sali di litio (LiH₂PO₄ e LiOH) nell’elettrolita durante la carica. La versione conserva i vantaggi della batteria Li-H standard introducendo ulteriori benefici. Consente un efficiente placcaggio e strippaggio 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 H₂ ad alta pressione. Sono stati eseguiti modelli computazionali, come le simulazioni della teoria del funzionale della densità (DFT), per capire come gli ioni di litio e idrogeno si muovono 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 forte candidato per l’accumulo di energia di prossima generazione. La versione senza anodo pone le basi per batterie a idrogeno più economiche e scalabili.

Paper Link: https://doi.org/10.1002/ange.202419663

Fonte articolo: USTC Develops High-Performance Rechargeable Lithium-hydrogen Gas Batteries-University of Science and Technology of China

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