氢气电池系统的开发：推动清洁能源革命

来自 实验室仪器网

中国科学技术大学陈伟教授团队研发出以氢气为阳极的新型化学电池系统，相关研究成果发表于《应用化学》国际版。

氢气(H2)因其出色的电化学特性而成为一种可靠且经济高效的可再生能源载体，广受欢迎。然而，传统的氢基电池主要使用H2作为阴极，这限制了其电压范围为0.8-1.4V和总储能容量。

针对这一问题，研究团队提出了革命性的解决方案：利用H2作为阳极，大幅提升能量密度和工作电压；而当使用锂金属作为阳极时，电池表现出了优异的电化学性能。

研究人员创建了一个锂氢电池原型系统，该系统由锂金属阳极、用作氢阴极的铂涂层气体扩散层和固体电解质（Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3或LATP）组成。这种布置优化了锂离子传输，同时避免了不良的化学相互作用。

在测试中，锂氢电池实现了2825Wh/kg的理论能量密度，同时保持约3V的稳定电压。它还实现了99.7%的显著往返效率(RTE)，表明在充电和放电循环过程中的能量损失最小，同时确保长期稳定性。

为了进一步提高成本效益、安全性和制造简易性，该团队发明了一种无阳极锂氢电池，无需预先安装锂金属。相反，在充电时，电池会通过锂盐（LiH2PO4和LiOH）将锂沉积在电解质中。该变体保留了普通锂氢电池的优点，同时增加了新的优点。

它可实现高效的锂电镀和剥离，库仑效率(CE)为98.5%。此外，即使在低氢浓度下，它也能稳定地工作，从而减少了对高压H₂存储的需求。计算建模（例如密度泛函理论(DFT)模拟）用于更好地了解锂和氢离子如何穿过电池的电解质。

锂氢电池技术的这一创新为复杂的能源存储系统开辟了新的可能性，包括可再生能源电网、电动汽车甚至航空航天技术中的应用。

与传统的镍氢电池相比，锂氢电池系统具有更高的能量密度和效率，使其成为下一代电力存储的有力竞争者。无阳极变体为更实惠、更可扩展的氢动力电池铺平了道路。

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