Η Κίνα δημιούργησε την πρώτη μπαταρία υδριδίου στον κόσμο

Η Κίνα έκανε το επόμενο βήμα στη μάχη για καθαρή και αποδοτική ενέργεια, παρουσιάζοντας την πρώτη λειτουργική μπαταρία υδριδίου στον κόσμο. Το επίτευγμα ανήκει στο Dalian Institute of Chemical Physics της Chinese Academy of Sciences και θεωρείται ένα σημαντικό βήμα προς την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών αποθήκευσης ενέργειας που μπορούν να ξεπεράσουν τους περιορισμούς των σημερινών λύσεων.

Η καινοτομία αυτής της μπαταρίας βρίσκεται στον τρόπο με τον οποίο αξιοποιεί τα ιόντα υδριδίου (H−) ως φορείς φορτίου. Σε αντίθεση με τις κλασικές μπαταρίες που βασίζονται σε ιόντα λιθίου ή νατρίου, το νέο πρωτότυπο προτείνει μια διαφορετική αρχιτεκτονική που μπορεί να αλλάξει τα δεδομένα στον τομέα.

Πρόκειται για μια πλήρως στερεάς κατάστασης μπαταρία, που αξιοποιεί υλικά ήδη γνωστά από την έρευνα γύρω από την αποθήκευση υδρογόνου. Συγκεκριμένα, για την κάθοδο χρησιμοποιήθηκε αλουμινικό νάτριο (NaAlH4), ενώ η άνοδος βασίστηκε σε διυδρίδιο του δημητρίου, μια ένωση χαμηλή σε υδρογόνο. Το πιο εντυπωσιακό στοιχείο, ωστόσο, βρίσκεται στον ηλεκτρολύτη.

Η ομάδα υπό τον Ping Chen ανέπτυξε ένα νέο υλικό με δομή core-shell, ονομάζοντάς το 3CeH3@BaH2: στον πυρήνα βρίσκεται το τριιωδιούχο δημήτριο (CeH3), περικλεισμένο από ένα λεπτό στρώμα υδριδίου του βαρίου (BaH2). Ο σχεδιασμός αυτός συνδυάζει την ταχύτητα ιοντικής αγωγιμότητας του CeH3 με τη σταθερότητα του BaH2, ξεπερνώντας ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια που είχαν μέχρι σήμερα οι προσπάθειες ανάπτυξης τέτοιου τύπου μπαταριών.

Το αποτέλεσμα ήταν η δημιουργία ενός υπεριοντικού αγωγού που μπορεί να λειτουργήσει σε θερμοκρασία δωματίου, ενώ όταν ξεπερνά τους 60 °C η απόδοσή του αυξάνεται θεαματικά. Αυτή η συμπεριφορά δίνει ελπίδες για υψηλή απόδοση χωρίς την ανάγκη ακραίων συνθηκών λειτουργίας.

Με αυτή την αρχιτεκτονική, οι ερευνητές δημιούργησαν την πρώτη επαναφορτιζόμενη μπαταρία ιόντων υδριδίου με διαμόρφωση τύπου «σάντουιτς»: CeH2|3CeH3@BaH2|NaAlH4. Οι δοκιμές έδειξαν ότι το θετικό ηλεκτρόδιο έφτασε σε αρχική εκφόρτιση 984 mAh/g, διατηρώντας 402 mAh/g ακόμη και μετά από 20 κύκλους φόρτισης – αριθμοί ιδιαίτερα ενθαρρυντικοί για μια τεχνολογία που βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο.

Αξιοσημείωτο είναι ότι η συσκευή δεν έμεινε απλώς στο επίπεδο των εργαστηριακών μετρήσεων. Σε δοκιμή πολλαπλών κελιών, η τάση λειτουργίας έφτασε τα 1,9 volts, αρκετά για να ανάψει ένα μικρό κίτρινο LED. Μπορεί να μοιάζει ένα ταπεινό πείραμα, αλλά αποδεικνύει ότι η τεχνολογία δεν είναι πλέον θεωρητική υπόθεση, αλλά έχει περάσει στο στάδιο της πρακτικής εφαρμογής.

Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της μπαταρίας υδριδίου είναι η ασφάλεια. Σε αντίθεση με τις μπαταρίες λιθίου, όπου η δημιουργία μεταλλικών δενδριτών μπορεί να προκαλέσει βραχυκυκλώματα και πρόωρη φθορά, η χρήση υδρογόνου ως φορέα φορτίου εξαλείφει σε μεγάλο βαθμό αυτόν τον κίνδυνο. Παράλληλα, τα υλικά που βασίζονται σε υδρίδια είναι ευέλικτα και προσαρμόσιμα, ανοίγοντας προοπτικές για εφαρμογές σε μεγάλη κλίμακα, σε φορητές συσκευές, αλλά και σε κινητά συστήματα αποθήκευσης υδρογόνου.

Αν και η εμπορική αξιοποίηση απέχει ακόμη αρκετά, η συγκεκριμένη τεχνολογία δείχνει ότι υπάρχει μια εναλλακτική πορεία προς πιο βιώσιμα και ασφαλή συστήματα αποθήκευσης.

[via]