Κινέζοι επιστήμονες άνοιξαν το δρόμο για την πράσινη ανάπτυξη της χώρας μετά τον επιτυχημένο σχεδιασμό της πρώτης λειτουργικής μπαταρίας ιόντων υδριδίου στον κόσμο, ανοίγοντας έτσι νέες δυνατότητες για μελλοντική αποθήκευση ενέργειας.
Μια ανόργανη στερεά ένωση
Η ερευνητική ομάδα του Ινστιτούτου Χημικής Φυσικής του Νταλιάν (DICP), μέρος της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, δημιούργησε ένα πρωτότυπο πλήρως στερεάς κατάστασης χρησιμοποιώντας υδρίδιο νατρίου-αργιλίου (NaAlH4). Φέρεται να χρησιμοποίησαν την ανόργανη στερεά ένωση ως θετικό ηλεκτρόδιο και διυδρίδιο δημητρίου φτωχό σε υδρογόνο ως αρνητικό ηλεκτρόδιο. Και τα δύο είναι υλικά αποθήκευσης υδρογόνου που χρησιμοποιούνται συνήθως για ενεργειακές εφαρμογές.
«Η χρήση υδρογόνου ως φορέων φορτίου μπορεί κατ' αρχήν να αποφύγει τον σχηματισμό επιβλαβών μεταλλικών δενδριτών, γεγονός που δημιουργεί νέες ερευνητικές οδούς για την αποθήκευση και μετατροπή καθαρής ενέργειας», ανέφεραν οι ερευνητές.
Μια νέα ανακάλυψη στις μπαταρίες
Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, τα ιόντα υδριδίου (H⁻) θεωρούνται πολλά υποσχόμενοι φορείς φορτίου για ηλεκτροχημικές συσκευές επόμενης γενιάς λόγω της χαμηλής μάζας και του υψηλού οξειδοαναγωγικού δυναμικού τους.
Παρ' όλα αυτά, η έλλειψη αποδοτικών ηλεκτρολυτών με γρήγορη αγωγιμότητα ιόντων υδριδίου, θερμική σταθερότητα και συμβατότητα ηλεκτροδίων εμποδίζει τις πρακτικές εφαρμογές τους.
Για να αντιμετωπίσει το ζήτημα, η ομάδα, με επικεφαλής τον Ping Chen, PhD, καθηγητή και επικεφαλής του τμήματος ενέργειας υδρογόνου και προηγμένων υλικών στο DICP, ανέπτυξε τον νέο ηλεκτρολύτη ιόντων πυρήνα-κελύφους. Έναν ηλεκτρολύτη ιόντων υδριδίου με δομή πυρήνα-κελύφους και μια πρωτότυπη μπαταρία ιόντων υδριδίου με δομή σάντουιτς, πλήρως στερεάς κατάστασης.
Η σύνθεση του υλικού
Οι ερευνητές συνέθεσαν το υλικό 3CeH3@BaH2 χρησιμοποιώντας ένα σχέδιο εμπνευσμένο από ετεροεπαφή, στο οποίο ένα λεπτό κέλυφος υδριδίου βαρίου (BaH2) ενθυλακώνει τριυδρίδιο δημητρίου (CeH3). Αυτή η δομή αξιοποιεί την υψηλή αγωγιμότητα ιόντων υδριδίου του CeH3 και τη σταθερότητα του BaH2.
Επιτρέπει την γρήγορη αγωγιμότητα ιόντων υδριδίου σε θερμοκρασία δωματίου, μαζί με υψηλή θερμική και ηλεκτροχημική σταθερότητα. «Εδώ αναπτύξαμε ένα υδρίδιο πυρήνα-κελύφους 3CeH3@BaH2, το οποίο παρουσιάζει γρήγορη αγωγιμότητα H- σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και γίνεται υπεριοντικός αγωγός πάνω από 60 βαθμούς Κελσίου», δήλωσε η ομάδα.
Καινοτομία στην καθαρή ενέργεια
Το θετικό ηλεκτρόδιο της μπαταρίας διαθέτει αρχική ειδική χωρητικότητα εκφόρτισης 984 χιλιοστοαμπερωρών ανά γραμμάριο (mAh/g) σε θερμοκρασία δωματίου. Διατηρεί επίσης 402 mAh/g μετά από 20 κύκλους.
Οι επιστήμονες ισχυρίστηκαν ότι ο νέος σχεδιασμός επιτρέπει την αποτελεσματική αγωγιμότητα ιόντων υδριδίου σε θερμοκρασία δωματίου. Επιλύει επίσης ένα μακροχρόνιο πρόβλημα που κράτησε την τεχνολογία θεωρητική για χρόνια. Επιβεβαίωσαν ότι η τάση λειτουργίας της καινοτομίας έφτασε τα 1,9 βολτ (V) σε στοιβαγμένη διαμόρφωση. Τροφοδότησε μια κίτρινη λάμπα διόδου εκπομπής φωτός, η οποία ήταν ένα συναρπαστικό παράδειγμα για πρακτικές εφαρμογές.
Σύμφωνα με την ομάδα, η πρωτοποριακή λύση σηματοδοτεί ένα τεράστιο βήμα προς τα εμπρός στην κατασκευή της πρώτης πρωτότυπης μπαταρίας ιόντων υδριδίου, μετακινώντας την τεχνολογία από μια θεωρητική ιδέα σε μια πειραματική απόδειξη της σκοπιμότητάς της.
«Υιοθετώντας το υδρογόνο ως φορέα φορτίου, αυτή η τεχνολογία απέφυγε τον σχηματισμό δενδριτών, ανοίγοντας το δρόμο για ασφαλή, αποτελεσματική και βιώσιμη αποθήκευση ενέργειας», κατέληξαν οι ερευνητές σε δελτίο τύπου.
Τόνισαν ότι οι μπαταρίες ιόντων υδριδίου προσφέρουν ισχυρές δυνατότητες για αποθήκευση και μετατροπή καθαρής ενέργειας λόγω των ρυθμιζόμενων ιδιοτήτων των υλικών με βάση το υδρίδιο. Η τεχνολογία αναμένεται να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο σε συστήματα αποθήκευσης μεγάλης κλίμακας, αποθήκευση υδρογόνου, φορητές και κινητές πηγές ενέργειας και εξειδικευμένες εφαρμογές ενέργειας.
www.worldenergynews.gr
