Κινέζοι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ιόντα υδρογόνου για την αποθήκευση και απελευθέρωση ενέργειας
Κινέζοι επιστήμονες δημιούργησαν έναν νέο τύπο μπαταρίας που χρησιμοποιεί ιόντα υδρογόνου για την αποθήκευση και απελευθέρωση ενέργειας η οποία θα μπορούσε να προσφέρει μια ασφαλέστερη εναλλακτική λύση σε σχέση με τις συμβατικές μπαταρίες λιθίου.
Η επαναφορτιζόμενη, σταθερή σε θερμοκρασία δωματίου μπαταρία κατέστη δυνατή χρησιμοποιώντας έναν ηλεκτρολύτη μπαταρίας σπάνιων γαιών που αξιοποιεί ιόντα υδριδίου ή αρνητικά φορτισμένα ιόντα υδρογόνου.
Πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι η ειδική χωρητικότητα της μπαταρίας ή η ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου που μπορεί να αποθηκεύσει ανά μονάδα μάζας ή όγκου.
Είναι έως και 6 φορές υψηλότερη από αυτή ορισμένων συμβατικών μπαταριών ιόντων λιθίου.
Μπαταρίες ιόντων υδριδίου
Οι συμβατικές μπαταρίες λιθίου χρησιμοποιούν θετικά φορτισμένα άτομα λιθίου για την αποθήκευση και απελευθέρωση ενέργειας.
Τα ιόντα υδριδίου σχηματίζονται όταν ένα άτομο υδρογόνου αποκτά ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο.
Ως φορέας αρνητικού φορτίου, τα ιόντα υδριδίου είναι πιο ενεργητικά και αντιδραστικά από τα θετικά φορτισμένα ιόντα όπως το ιόν λιθίου.
«Κατασκευάσαμε περαιτέρω μια πολυστρωματική στοιβαγμένη μπαταρία για να αυξήσουμε την τάση της μπαταρίας στα 1,9V η οποία άναψε με επιτυχία ένα κίτρινο φως LED, αποδεικνύοντας ότι μια μπαταρία ιόντων υδριδίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία ηλεκτρικών συσκευών.
Με ένα ευρύ φάσμα υλικών υδριδίου για επιλογή και βελτιστοποίηση, οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων υδριδίου θα προσέφεραν περισσότερες ευκαιρίες για διάφορες εφαρμογές στην αποθήκευση και μετατροπή καθαρής ενέργειας», ανέφερε η ομάδα σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature στις 17 Σεπτεμβρίου.
Οι «θεμελιωδώς διαφορετικές» ηλεκτροχημικές διεργασίες των ιόντων υδριδίου επιτρέπουν τη δημιουργία καινοτόμων τεχνολογιών μπαταριών.
Πρόσφατες προσπάθειες στην ανάπτυξη υλικών στον τομέα της αποθήκευσης υδρογόνου έχουν αποδώσει αρκετά υδρίδια, με ορισμένα υλικά να εμφανίζουν γρήγορη αγωγιμότητα ιόντων υδριδίου σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.
Τι πέτυχε η επιστημονική ομάδα
Οι μπαταρίες και οι κυψέλες καυσίμου οι οποίες χρησιμοποιούν υλικά που μπορούν να άγουν καθαρά ιόντα υδριδίου σε θερμοκρασίες κοντά στο περιβάλλον δεν έχουν αποδειχθεί προηγουμένως λόγω προβλημάτων σταθερότητας, αγωγιμότητας και συμβατότητας ηλεκτροδίων.
Η ομάδα από το Πανεπιστήμιο Jilin, το Ινστιτούτο Χημικής Φυσικής Dalian της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (CAS) και το Ινστιτούτο Προηγμένων Ερευνών της Σαγκάης κατέστησαν αυτό δυνατό αναπτύσσοντας ένα υδρίδιο που παρουσιάζει γρήγορη αγωγιμότητα ιόντων σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Τα πλεονεκτήματα που έχει το δημήτριο
Το υλικό υδριδίου είναι ένα σύνθετο του λιγότερο σταθερού υδριδίου του δημητρίου, επικαλυμμένο με ένα εξαιρετικά σταθερό κέλυφος υδριδίου βαρίου.
«Αυτό το υλικό παρουσιάζει γρήγορη αγωγιμότητα υδριδίου σε θερμοκρασία δωματίου και συνδυάζει εξαιρετική θερμική και ηλεκτροχημική σταθερότητα, καθιστώντας το ιδανικό υλικό ηλεκτρολύτη», σύμφωνα με ανακοίνωση της CAS στις 18 Σεπτεμβρίου.
Το δημήτριο είναι το πιο άφθονο μέταλλο σπάνιων γαιών, μια ομάδα 17 χημικά παρόμοιων μεταλλικών στοιχείων που είναι αρκετά κοινά αλλά δύσκολο να εξαχθούν και να βελτιωθούν.
Το δημήτριο είναι πιο άφθονο από τον χαλκό και τον μόλυβδο στο φλοιό της Γης. Ωστόσο, μεγάλο μέρος του δεν είναι οικονομικά βιώσιμο για εξόρυξη.
Χρησιμοποιώντας το υδρίδιο ως ηλεκτρολύτη της μπαταρίας ή το υλικό που διευκολύνει τη ροή φορτισμένων ιόντων μέσα στην μπαταρία, η ομάδα κατασκεύασε μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία υδριδίου με κάθοδο νατρίου-αλουμινίου και άνοδο υδριδίου δημητρίου.
Χωρητικότητα 984 mAh
Η μπαταρία ιόντων υδριδίου έχει αρχική ειδική χωρητικότητα 984 χιλιοαμπέρ-ωρών (mAh) ανά γραμμάριο υλικού μπαταρίας.
Η ειδική χωρητικότητα των συμβατικών μπαταριών λιθίου μπορεί να κυμαίνεται από 150 έως 300mAh ανά γραμμάριο με βάση τη σύνθεσή τους.
Η θεωρητική χωρητικότητα μιας ανόδου γραφίτη (η πιο δημοφιλής επιλογή για μπαταρίες ιόντων λιθίου) είναι 372mAh ανά γραμμάριο.
Η μπαταρία ιόντων υδριδίου διατήρησε χωρητικότητα 402mAh ανά γραμμάριο μετά από 20 κύκλους πλήρους φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας.
«Υποψιαζόμαστε ότι η απώλεια χωρητικότητας που παρατηρείται στους πρώτους κύκλους οφείλεται κυρίως στις ατελείς αντιδράσεις στις πλευρές της ανόδου και της καθόδου. Η βελτίωση της αναστρεψιμότητας είναι δυνατή μέσω μεθόδων που χρησιμοποιούνται στην έρευνα αποθήκευσης υδρογόνου», ανέφερε η ομάδα.
www.worldenergynews.gr
