Un equipo de investigación dirigido por el profesor Chen Wei, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), ha presentado un nuevo sistema de batería química que utiliza gas hidrógeno como ánodo. El estudio se publicó en...Angewandte Chemie Edición Internacional.
Hidrógeno (H2) ha ganado reconocimiento 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 H2como cátodo, lo que restringe su rango de voltaje a 0,8-1,4 V y limita su capacidad total de almacenamiento de energía. Para superar esta limitación, el equipo de investigación propuso un enfoque novedoso: utilizar H2Como ánodo para mejorar significativamente la densidad energética y el voltaje de trabajo. Al combinarse con litio metálico como ánodo, la batería mostró un rendimiento electroquímico excepcional.
Esquema de la batería de Li-H. (Imagen de USTC)
Los investigadores diseñaron un prototipo de sistema de batería de Li-H, que incorpora un ánodo de metal de litio, una capa de difusión de gas recubierta de platino que sirve como cátodo de hidrógeno y un electrolito sólido (Li1.3Al0.3Ti1.7(CORREOS4)3o LATP). Esta configuración permite un transporte eficiente de iones de litio, minimizando al mismo tiempo las interacciones químicas no deseadas. Mediante pruebas, la batería de Li-H demostró una densidad energética teórica de 2825 Wh/kg, manteniendo un voltaje constante de aproximadamente 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, manteniendo al mismo tiempo 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-H sin ánodo que elimina la necesidad de preinstalar litio metálico. En su lugar, la batería deposita litio a partir de sales de litio (LiH2PO4y LiOH) en el electrolito durante la carga. Esta versión conserva las ventajas de la batería estándar de Li-H, pero incorpora beneficios adicionales. Permite un recubrimiento y decapado de litio eficientes con una eficiencia coulombiana (CE) del 98,5 %. Además, funciona de forma estable incluso con 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 del 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 Li-H ofrece nuevas oportunidades para soluciones avanzadas de almacenamiento de energía, con posibles aplicaciones que abarcan redes de energía renovable, vehículos eléctricos e incluso la tecnología aeroespacial. En comparación con las baterías convencionales de níquel-hidrógeno, el sistema de Li-H ofrece una mayor densidad y eficiencia energética, lo que lo convierte en un sólido candidato para el almacenamiento de energía de próxima generación. La versión sin ánodo sienta las bases para baterías de hidrógeno más rentables y escalables.
Enlace del artículo:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Escrito por ZHENG Zihong, Editado por WU Yuyang)
Hora de publicación: 12 de marzo de 2025