USTC ພັດທະນາແບັດເຕີລີ່ Lithium-hydrogen Gas ທີ່ມີປະສິດຕິພາບສູງ

ທີມວິໄຈນໍາໂດຍສາດສະດາຈານ CHEN Wei ຢູ່ມະຫາວິທະຍາໄລວິທະຍາສາດ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີຂອງ ສປ ຈີນ (USTC) ໄດ້ນໍາສະເໜີລະບົບແບັດເຕີລີເຄມີໃໝ່ ທີ່ນໍາໃຊ້ອາຍແກັສໄຮໂດຣເຈນເປັນທາດ anode. ການສຶກສາໄດ້ຖືກຈັດພີມມາຢູ່ໃນAngewandte Chemie International Edition.

ໄຮໂດຣເຈນ (H₂) ໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈເປັນຜູ້ໃຫ້ບໍລິການພະລັງງານທົດແທນທີ່ຫມັ້ນຄົງແລະປະຫຍັດຄ່າໃຊ້ຈ່າຍເນື່ອງຈາກຄຸນສົມບັດໄຟຟ້າທີ່ເອື້ອອໍານວຍ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ແບດເຕີລີ່ທີ່ໃຊ້ໄຮໂດເຈນແບບດັ້ງເດີມໃຊ້ H₂ເປັນ cathode, ເຊິ່ງຈໍາກັດຂອບເຂດແຮງດັນຂອງພວກເຂົາຢູ່ທີ່ 0.8-1.4 V ແລະຈໍາກັດຄວາມສາມາດໃນການເກັບຮັກສາພະລັງງານໂດຍລວມ. ເພື່ອ​ເອົາ​ຊະ​ນະ​ຂໍ້​ຈໍາ​ກັດ​, ທີມ​ງານ​ຄົ້ນ​ຄວ້າ​ໄດ້​ສະ​ເຫນີ​ວິ​ທີ​ການ​ໃຫມ່​: ການ​ນໍາ​ໃຊ້ H₂ເປັນ anode ເພື່ອເສີມຂະຫຍາຍຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຢ່າງຫຼວງຫຼາຍແລະແຮງດັນທີ່ເຮັດວຽກ. ເມື່ອຈັບຄູ່ກັບໂລຫະ lithium ເປັນ anode, ຫມໍ້ໄຟສະແດງໃຫ້ເຫັນປະສິດທິພາບໄຟຟ້າເຄມີພິເສດ.

ແຜນຜັງຂອງຫມໍ້ໄຟ Li-H. (ຮູບໂດຍ USTC)

ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ອອກແບບລະບົບແບດເຕີລີ່ Li-H ຕົ້ນແບບ, ການລວມເອົາ anode ໂລຫະ lithium, ຊັ້ນການແຜ່ກະຈາຍອາຍແກັສທີ່ເຄືອບ platinum ເປັນ cathode hydrogen, ແລະ electrolyte ແຂງ (Li._1.3Al_0.3Ti_1.7(ປປສ₄)₃, ຫຼື LATP). ການຕັ້ງຄ່ານີ້ຊ່ວຍໃຫ້ການຂົນສົ່ງ lithium ion ມີປະສິດທິພາບໃນຂະນະທີ່ຫຼຸດຜ່ອນການໂຕ້ຕອບທາງເຄມີທີ່ບໍ່ຕ້ອງການ. ໂດຍຜ່ານການທົດສອບ, ຫມໍ້ໄຟ Li-H ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານທາງທິດສະດີຂອງ 2825 Wh / kg, ຮັກສາແຮງດັນໃຫ້ຄົງທີ່ປະມານ 3V. ນອກຈາກນັ້ນ, ມັນບັນລຸໄດ້ປະສິດທິພາບການໄປມາທີ່ໂດດເດັ່ນ (RTE) ຂອງ 99.7%, ຊີ້ໃຫ້ເຫັນການສູນເສຍພະລັງງານຫນ້ອຍທີ່ສຸດໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟແລະວົງຈອນການປົດປ່ອຍ, ໃນຂະນະທີ່ຮັກສາຄວາມຫມັ້ນຄົງໃນໄລຍະຍາວ.

ເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ຄວາມປອດໄພແລະຄວາມງ່າຍດາຍໃນການຜະລິດຕື່ມອີກ, ທີມງານໄດ້ພັດທະນາຫມໍ້ໄຟ Li-H ທີ່ບໍ່ມີ anode ທີ່ກໍາຈັດຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບໂລຫະ lithium ທີ່ຕິດຕັ້ງໄວ້ກ່ອນ. ແທນທີ່ຈະ, ຫມໍ້ໄຟເອົາ lithium ຈາກເກືອ lithium (LiH₂PO₄ແລະ LiOH) ໃນ electrolyte ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟ. ສະບັບດັ່ງກ່າວຍັງຄົງຄວາມໄດ້ປຽບຂອງຫມໍ້ໄຟ Li-H ມາດຕະຖານໃນຂະນະທີ່ແນະນໍາຜົນປະໂຫຍດເພີ່ມເຕີມ. ມັນເຮັດໃຫ້ການເຄືອບ lithium ປະສິດທິພາບແລະລອກເອົາດ້ວຍປະສິດທິພາບ Coulombic (CE) ຂອງ 98.5%. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ມັນເຮັດວຽກຢ່າງຫມັ້ນຄົງເຖິງແມ່ນວ່າຢູ່ໃນຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ hydrogen ຕ່ໍາ, ຫຼຸດຜ່ອນການອີງໃສ່ການເກັບຮັກສາ H₂ ຄວາມກົດດັນສູງ. ການສ້າງແບບຈໍາລອງການຄິດໄລ່, ເຊັ່ນ: ການຈໍາລອງທິດສະດີການທໍາງານຄວາມຫນາແຫນ້ນ (DFT), ໄດ້ຖືກປະຕິບັດເພື່ອເຂົ້າໃຈວ່າ lithium ແລະ hydrogen ions ເຄື່ອນຍ້າຍພາຍໃນ electrolyte ຂອງຫມໍ້ໄຟ.

ຄວາມກ້າວໜ້າໃນເທັກໂນໂລຍີແບັດເຕີຣີ Li-H ນີ້ນຳສະເໜີໂອກາດໃໝ່ສຳລັບການແກ້ໄຂການເກັບຮັກສາພະລັງງານທີ່ກ້າວໜ້າ, ໂດຍມີແອັບພລິເຄຊັນທີ່ມີທ່າແຮງທີ່ກວມເອົາຕາຂ່າຍພະລັງງານທົດແທນ, ພາຫະນະໄຟຟ້າ ແລະ ແມ້ແຕ່ເຕັກໂນໂລຊີການບິນອະວະກາດ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບແບດເຕີຣີ້ nickel-hydrogen ແບບດັ້ງເດີມ, ລະບົບ Li-H ສະຫນອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານແລະປະສິດທິພາບ, ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນຜູ້ສະຫມັກທີ່ເຂັ້ມແຂງສໍາລັບການເກັບຮັກສາພະລັງງານໃນຍຸກຕໍ່ໄປ. ຮຸ່ນທີ່ບໍ່ມີ anode ວາງພື້ນຖານສໍາລັບແບດເຕີຣີ້ທີ່ໃຊ້ hydrogen ທີ່ປະຫຍັດຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຫຼາຍແລະສາມາດຂະຫຍາຍໄດ້.

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

(ຂຽນ​ໂດຍ ZHENG Zihong, ດັດ​ແກ້​ໂດຍ WU Yuyang)