Introdotto un nuovo sistema di batterie chimiche che utilizza l'idrogeno gassoso come catodo e il litio metallico come l'anodo
L’università di Scienza e Tecnologia della Cina apre le porte all’impiego di idrogeno gassoso catalitico per applicazioni di accumulo di energia ad alte prestazioni. Merito della nuova batteria litio-idrogeno realizzata dal chimico Zaichun Liu e colleghi, creatori di un prototipo dalle interessanti prestazioni elettrochimiche.
Batterie all’idrogeno, cosa sono?
La possibilità di usare idrogeno a livello delle batterie ricaricabili ha destato parecchia attenzione negli ultimi anni. Ecco perché dal 2020 ad oggi sono progressivamente aumentate le ricerche sulle cosiddette batterie protoniche che impiegano protoni (ossia ioni idrogeno) al posto degli ioni litio come portatori di carica.
Allo stesso tempo si sono fatte spazio nel mondo della ricerca le batterie metallo-idrogeno, virtuali sostituti delle batterie metallo-aria. Questi dispositivi utilizzano generalmente un idruro metallico (materiale che assorbe idrogeno) come anodo e un ossido o idrossido metallico come catodo. L’esempio più comune? Le batterie nichel-metallo idruro (NiMH).
Ma esiste anche un terzo approccio, come ha dimostrato il team cinese. I ricercatori, nel tentativo di migliorare significativamente la densità energetica e la tensione di lavoro dei dispositivi più tradizionali, hanno impiegato idrogeno gassoso come catodo. E litio metallico come anodo.
Le nuove batterie litio-idrogeno, con e senza anodo
Nel dettaglio il team ha progettato un prototipo di sistema di batterie Li-H che incorpora, in ordine: un anodo di litio metallico, un elettrolita liquido organico, uno strato di elettrolita solido (il materiale ceramico LATP), un elettrolita ricco di protoni e uno strato di diffusione di gas rivestito di platino che funge da catodo di idrogeno. Questa configurazione, spiegano i chimici, consente un trasporto efficiente degli ioni di litio riducendo al minimo le interazioni chimiche indesiderate.
Come dimostrato dai test, la nuova batteria litio idrogeno offre una densità energetica teorica di ben 2.825 Wh/kg, mantenendo una tensione costante di circa 3 V. Inoltre, l’unità ha mostrato un’efficienza di andata e ritorno (percentuale di energia che può essere utilizzata da una batteria rispetto al suo accumulo) del 99,7%, indicando una perdita di energia minima durante i cicli di carica e scarica. E mantenendo al contempo una stabilità a lungo termine.
Non solo. Per migliorare ulteriormente l’efficienza dei costi, la sicurezza e la semplicità di produzione, il team ha sviluppato una batteria ricaricabile Li-H senza anodo che elimina la necessità di litio metallico preinstallato. Semplicemente durante la carica, l’unità deposita litio da sali di litio (LiH2PO4 e LiOH) nell’elettrolita.
“La versione mantiene i vantaggi della batteria litio-idrogeno standard, introducendo al contempo ulteriori benefici. Consente una placcatura e una rimozione efficienti del litio con un’efficienza coulombiana del 98,5%. Inoltre, funziona stabilmente anche a basse concentrazioni di idrogeno, riducendo la dipendenza dall’accumulo di H₂ ad alta pressione”.
La ricerca è stata pubblicata su Angewandte Chemie International Edition (testo in inglese).
