Un equipo de investigación dirigido por el profesor CHEN Wei de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) presentó un nuevo sistema de batería química que utiliza gas hidrógeno como ánodo. El estudio fue publicado en Angewandte Chemie International Edition.
El hidrógeno (H2) ha ganado atención como un portador de energía renovable estable y rentable debido a sus favorables propiedades electroquímicas. Sin embargo, las baterías tradicionales basadas en hidrógeno utilizan principalmente H2 como cátodo, lo que restringe su rango de voltaje a 0,8-1,4 V y limita su capacidad general de almacenamiento de energía. Para superar la limitación, el equipo de investigación propuso un enfoque novedoso: utilizar H2 como ánodo para mejorar significativamente la densidad de energía y el voltaje de trabajo. Cuando se combinó con litio metálico como ánodo, la batería exhibió un rendimiento electroquímico excepcional.
Los investigadores diseñaron un prototipo de sistema de batería de litio-hidruro de litio, que incorpora un ánodo de metal de litio, una capa de difusión de gas recubierta de platino que actúa como cátodo de hidrógeno y un electrolito sólido (Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3, o LATP). Esta configuración permite un transporte eficiente de iones de litio al tiempo que minimiza las interacciones químicas no deseadas. A través de pruebas, la batería de litio-hidruro de litio demostró una densidad de energía teórica de 2825 Wh/kg, manteniendo un voltaje constante de alrededor de 3 V. Además, logró una notable eficiencia de ida y vuelta (RTE) del 99,7 %, lo que indica una pérdida mínima de energía durante los ciclos de carga y descarga, al tiempo que mantiene la estabilidad a largo plazo.
Para mejorar aún más la rentabilidad, la seguridad y la simplicidad de fabricación, el equipo desarrolló una batería de litio-hidruro de ánodo sin ánodo que elimina la necesidad de metal de litio preinstalado. En su lugar, la batería deposita litio a partir de sales de litio (LiH2PO4 y LiOH) en el electrolito durante la carga. La versión conserva las ventajas de la batería de litio-hidruro de ánodo estándar, pero introduce beneficios adicionales. Permite un recubrimiento y decapado de litio eficientes con una eficiencia de Coulomb (CE) del 98,5 %. Además, funciona de manera estable incluso a bajas concentraciones de hidrógeno, lo que reduce la dependencia del almacenamiento de H₂ a alta presión. Se realizaron modelos computacionales, como simulaciones de la teoría funcional de la densidad (DFT), para comprender cómo se mueven los iones de litio e hidrógeno dentro del electrolito de la batería.
Este avance en la tecnología de baterías de litio-hidrógeno presenta nuevas oportunidades para soluciones avanzadas de almacenamiento de energía, con aplicaciones potenciales que abarcan redes de energía renovable, vehículos eléctricos e incluso tecnología aeroespacial. En comparación con las baterías de níquel-hidrógeno convencionales, el sistema de litio-hidrógeno ofrece una densidad y eficiencia energética mejoradas, lo que lo convierte en un candidato sólido para el almacenamiento de energía de próxima generación. La versión sin ánodo sienta las bases para baterías basadas en hidrógeno más rentables y escalables.
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El artículo Rechargeable Lithium-hydrogen Gas Batteries fue publicado en Angewandte Chemie International Edition. Autores: Dr. Zaichun Liu, Yirui Ma, Nawab Ali Khan, Dr. Taoli Jiang, Dr. Zhengxin Zhu, Dr. Ke Li, Dr. Kai Zhang, Dr. Shuang Liu, Zehui Xie, Dr. Yuan Yuan, Dr. Mingming Wang, Dr. Xinhua Zheng, Dr. Jifei Sun, Weiping Wang, Yahan Meng, Dr. Yan Xu, Dr. Mingyan Chuai, Prof. Jinlong Yang, Prof. Wei Chen
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El artículo USTC Develops High-Performance Rechargeable Lithium-hydrogen Gas Batteries, escrito por ZHENG Zihong, editado por WU Yuyang, USTC News Center, fue publicado en el sitio web de la University of Science and Technology of China