中国科大的研究团队为了提高电池的性能,克服了这一限制,走上了一条创新的道路。他们提出利用H2作为阳极,可以显著提高能量密度和工作电压。
该团队设计了一个原型电池系统,其配置可以实现高效的锂离子传输,同时最大限度地减少不必要的化学相互作用。该原型被指定为Li-H电池,包括锂金属阳极、用作氢阴极的铂涂层气体扩散层和固体电解质(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO 4)3,或LATP)。
经过严格的测试,这个新模型显示出惊人的理论能量密度,每公斤2825瓦时(Wh/kg),稳定的工作电压约为3伏。
此外,该电池表现出卓越的往返效率(RTE:一种传递能量与用于电池充电的能量的度量),达到了惊人的99.7%,这意味着在充放电循环过程中能量消耗最小,具有显著的长期运行稳定性。
为了使该解决方案更具成本效益和安全性,同时提高可制造性,该团队开发了一种无阳极锂氢电池变体,消除了对预安装锂金属的需求。相反,在充电周期中,电池有利于锂盐(特别是LiH2PO4和LiOH)的锂沉积。
这个新的改进版本保留了前面提到的锂-氢电池的优点,同时提供了额外的好处。它使高效的锂电镀和剥离具有令人印象深刻的98.5%的库仑效率(CE:是输入和输出电荷的比率)。
即使在低氢浓度下也能稳定运行,从而减少了对高压氢气储存的依赖。计算建模,如密度泛函理论(DFT是一种计算量子力学建模)模拟,也进行了深入了解锂离子和氢离子如何在电池的电解质中移动。
锂氢电池创新的这一步为先进的能源存储解决方案提供了新的机会,中国科大的研究团队为未来探索锂氢电池技术应用打开了大门。
这一发现的影响可以改变可再生能源系统、远程电力运输和下一代航空的性能和效率。
与普通镍氢电池相比,Li-H系统提供了更高的能量密度和效率。在日益电气化的世界中,它是下一代电力存储系统的有力候选者,正朝着脱碳的方向发展。无阳极版本已经被证明是有效的,为更经济和可扩展的氢基电池建立了一条途径。