Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Chen Wei tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) dẫn đầu đã giới thiệu một hệ thống pin hóa học mới sử dụng khí hydro làm cực dương. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chíPhiên bản quốc tế Angewandte Chemie.
Hiđrô (H2) đã được chú ý như một nguồn năng lượng tái tạo ổn định và tiết kiệm chi phí nhờ các đặc tính điện hóa ưu việt. Tuy nhiên, pin hydro truyền thống chủ yếu sử dụng H2làm cực âm, điều này hạn chế dải điện áp của chúng ở mức 0,8–1,4 V và hạn chế khả năng lưu trữ năng lượng tổng thể của chúng. Để khắc phục hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp mới: sử dụng H2làm cực dương để tăng đáng kể mật độ năng lượng và điện áp làm việc. Khi kết hợp với kim loại lithium làm cực dương, pin thể hiện hiệu suất điện hóa vượt trội.
Sơ đồ pin Li−H. (Hình ảnh của USTC)
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một hệ thống pin Li-H nguyên mẫu, kết hợp một cực dương kim loại lithium, một lớp khuếch tán khí phủ bạch kim đóng vai trò là cực âm hydro và một chất điện phân rắn (Li1.3Al0,3Ti1.7(PO4)3, hoặc LATP). Cấu hình này cho phép vận chuyển ion lithium hiệu quả đồng thời giảm thiểu các tương tác hóa học không mong muốn. Qua thử nghiệm, pin Li-H đã chứng minh mật độ năng lượng lý thuyết là 2825 Wh/kg, duy trì điện áp ổn định khoảng 3V. Ngoài ra, pin còn đạt hiệu suất khứ hồi (RTE) đáng chú ý là 99,7%, cho thấy mức tổn thất năng lượng tối thiểu trong các chu kỳ sạc và xả, đồng thời duy trì sự ổn định lâu dài.
Để cải thiện hơn nữa hiệu quả chi phí, độ an toàn và tính đơn giản trong sản xuất, nhóm nghiên cứu đã phát triển pin Li-H không có cực dương, loại bỏ nhu cầu sử dụng kim loại lithium được lắp đặt sẵn. Thay vào đó, pin lắng đọng lithium từ muối lithium (LiH2PO4và LiOH) trong chất điện phân trong quá trình sạc. Phiên bản này vẫn giữ nguyên những ưu điểm của pin Li-H tiêu chuẩn, đồng thời mang đến những lợi ích bổ sung. Nó cho phép mạ và tách lithium hiệu quả với hiệu suất Coulombic (CE) lên đến 98,5%. Hơn nữa, nó hoạt động ổn định ngay cả ở nồng độ hydro thấp, giảm sự phụ thuộc vào lưu trữ H₂ áp suất cao. Mô hình tính toán, chẳng hạn như mô phỏng Lý thuyết Hàm Mật độ (DFT), đã được thực hiện để tìm hiểu cách các ion lithium và hydro di chuyển bên trong chất điện phân của pin.
Bước đột phá này trong công nghệ pin Li-H mang đến những cơ hội mới cho các giải pháp lưu trữ năng lượng tiên tiến, với tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong lưới điện năng lượng tái tạo, xe điện và thậm chí cả công nghệ hàng không vũ trụ. So với pin niken-hydro thông thường, hệ thống Li-H mang lại mật độ năng lượng và hiệu suất cao hơn, trở thành ứng cử viên sáng giá cho công nghệ lưu trữ điện năng thế hệ tiếp theo. Phiên bản không có anode đặt nền tảng cho pin hydro tiết kiệm chi phí và có khả năng mở rộng quy mô hơn.
Liên kết giấy:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Viết bởi ZHENG Zihong, biên tập bởi WU Yuyang)
Thời gian đăng: 12-03-2025