قدّم فريق بحثي بقيادة البروفيسور تشين وي من جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية (USTC) نظامًا جديدًا للبطاريات الكيميائية يستخدم غاز الهيدروجين كقطب موجب. نُشرت الدراسة في مجلةAngewandte Chemie الطبعة الدولية.
الهيدروجين (H2) اكتسبت اهتمامًا كبيرًا باعتبارها مصدرًا مستقرًا وفعّالًا للطاقة المتجددة نظرًا لخصائصها الكهروكيميائية المتميزة. ومع ذلك، تستخدم البطاريات التقليدية القائمة على الهيدروجين بشكل أساسي2ككاثود، مما يحد من نطاق جهدها إلى 0.8-1.4 فولت ويحد من قدرتها الإجمالية على تخزين الطاقة. وللتغلب على هذا القيد، اقترح فريق البحث نهجًا جديدًا: استخدام الهيدروجين2كقطب موجب، مما أدى إلى زيادة ملحوظة في كثافة الطاقة وجهد التشغيل. وعند استخدام معدن الليثيوم كقطب سالب، أظهرت البطارية أداءً كهروكيميائيًا استثنائيًا.
مخطط لبطارية Li−H. (صورة من USTC)
قام الباحثون بتصميم نموذج أولي لنظام بطارية Li-H، يتضمن أنودًا معدنيًا من الليثيوم، وطبقة انتشار غاز مطلية بالبلاتين تعمل ككاثود للهيدروجين، وإلكتروليت صلب (Li-H).1.3Al0.3Ti1.7(ص.ب.4)3يسمح هذا التكوين بنقل أيونات الليثيوم بكفاءة مع تقليل التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها. من خلال الاختبارات، أظهرت بطارية Li-H كثافة طاقة نظرية تبلغ 2825 واط/كجم، مع الحفاظ على جهد ثابت يبلغ حوالي 3 فولت. بالإضافة إلى ذلك، حققت كفاءة شحن ذهابًا وإيابًا (RTE) ملحوظة بلغت 99.7%، مما يدل على أدنى حد من فقدان الطاقة أثناء دورات الشحن والتفريغ، مع الحفاظ على استقرار طويل الأمد.
لتحسين فعالية التكلفة والسلامة وبساطة التصنيع، طوّر الفريق بطارية ليثيوم-هيدروجين بدون قطب موجب، مما يُغني عن استخدام معدن الليثيوم المُثبّت مسبقًا. وبدلًا من ذلك، تُرسّب البطارية الليثيوم من أملاح الليثيوم (LiH).2PO4وLiOH) في الإلكتروليت أثناء الشحن. يحتفظ هذا الإصدار بمزايا بطارية Li-H القياسية مع إضافة مزايا إضافية. فهو يُمكّن من طلاء وتجريد الليثيوم بكفاءة كولومبية (CE) تبلغ 98.5%. علاوة على ذلك، يعمل بثبات حتى في تركيزات الهيدروجين المنخفضة، مما يُقلل الاعتماد على تخزين H₂ عالي الضغط. أُجريت نمذجة حاسوبية، مثل محاكاة نظرية الكثافة الوظيفية (DFT)، لفهم كيفية تحرك أيونات الليثيوم والهيدروجين داخل إلكتروليت البطارية.
يُتيح هذا الاختراق في تقنية بطاريات الليثيوم-هيدروجين فرصًا جديدة لحلول تخزين الطاقة المتقدمة، مع تطبيقات محتملة تشمل شبكات الطاقة المتجددة، والمركبات الكهربائية، وحتى تكنولوجيا الطيران. مقارنةً ببطاريات النيكل-الهيدروجين التقليدية، يوفر نظام الليثيوم-هيدروجين كثافة طاقة وكفاءة مُحسّنتين، مما يجعله مرشحًا قويًا للجيل القادم من تخزين الطاقة. تُرسي النسخة الخالية من الأنود الأساس لبطاريات هيدروجين أكثر فعالية من حيث التكلفة وقابلية للتطوير.
رابط الورقة:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(كتب بواسطة ZHENG Zihong، حرره WU Yuyang)
وقت النشر: ١٢ مارس ٢٠٢٥