به گزارش تجارت نیوز، در دنیای امروز، توسعه‌ی باتری‌های پیشرفته برای وسایل نقلیه الکتریکی (EV) و ذخیره انرژی‌های تجدیدپذیر، نقشی کلیدی در کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و حرکت به سمت انرژی پاک دارد. اما چالش‌های متعددی همچون ظرفیت محدود، بازده پایین و نیاز به مواد اولیه کمیاب، همچنان مانع از پیشرفت سریع این فناوری شده است.
اما محققان دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) به تازگی یک دستاورد شگفت‌انگیز در فناوری باتری های هیدروژنی به دست آورده‌اند که می‌تواند صنعت ذخیره‌سازی انرژی را متحول کند. باتری جدید لیتیوم-هیدروژن (Li-H) که توسط این تیم توسعه داده شده است، توانسته چگالی انرژی بی‌سابقه‌ی ۲۸۲۵ وات‌ساعت بر کیلوگرم و بهره‌وری ۹۹.۷ درصدی را ثبت کند.
این پیشرفت می‌تواند وسایل نقلیه الکتریکی را سریع‌تر شارژ کند، برد آن‌ها را افزایش دهد و به کاهش هزینه‌های انرژی کمک کند. در این گزارش، به بررسی جزئیات این فناوری جدید، چگونگی عملکرد آن و تأثیرات بالقوه آن در آینده خواهیم پرداخت.
چرا فناوری باتری های هیدروژنی مهم است؟
در سال‌های اخیر، هیدروژن به عنوان یک حامل انرژی پاک و پایدار مورد توجه قرار گرفته است. این عنصر به دلیل ویژگی‌های الکتروشیمیایی منحصربه‌فرد خود، می‌تواند گزینه‌ای ایده‌آل برای بهبود سیستم‌های ذخیره انرژی و توسعه وسایل نقلیه الکتریکی باشد.
باتری‌های مبتنی بر هیدروژن فعلی معمولاً از هیدروژن به عنوان کاتد استفاده می‌کنند که این مسئله باعث محدودیت در ولتاژ و ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی می‌شود. اما تیم USTC با اتخاذ رویکردی نوآورانه، توانسته است از هیدروژن به عنوان آند استفاده کند، که منجر به افزایش قابل‌توجه ولتاژ و چگالی انرژی شده است.
چگونه باتری جدید Li-H کار می‌کند؟
محققان USTC یک سیستم باتری جدید طراحی کرده‌اند که شامل:
یک آند فلزی لیتیوم
یک کاتد هیدروژنی با پوشش پلاتین
یک الکترولیت جامد خاص به نام LATP (Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)
این ترکیب باعث شده که انتقال لیتیوم یون‌ها بهینه شود و واکنش‌های شیمیایی نامطلوب به حداقل برسد. نتیجه‌ی این طراحی، بهبود عملکرد باتری و افزایش چشمگیر چگالی انرژی و بازده آن است.
دستاوردهای کلیدی باتری Li-H
چگالی انرژی فوق‌العاده بالا: این باتری توانسته است چگالی انرژی ۲۸۲۵ وات‌ساعت بر کیلوگرم را ثبت کند که چندین برابر بیشتر از باتری‌های معمولی لیتیوم-یون است.
ولتاژ عملیاتی پایدار: برخلاف باتری‌های قدیمی که در ولتاژ ۰.۸ تا ۱.۴ ولت محدود بودند، این باتری جدید در حدود ۳ ولت کار می‌کند که یک جهش بزرگ در عملکرد محسوب می‌شود.
بهره‌وری فوق‌العاده (۹۹.۷٪): بازده رفت و برگشت انرژی (RTE) این باتری به ۹۹.۷٪ رسیده است، که به معنی اتلاف انرژی ناچیز در طول چرخه‌های شارژ و دشارژ است.
افزایش ایمنی و کاهش هزینه‌ها: برای افزایش ایمنی و کاهش هزینه تولید، محققان یک نسخه‌ی جدید از این باتری را توسعه داده‌اند که نیاز به فلز لیتیوم از پیش نصب‌شده را حذف می‌کند.
عملکرد پایدار حتی در غلظت پایین هیدروژن: این ویژگی باعث کاهش نیاز به ذخیره‌سازی هیدروژن با فشار بالا شده و امنیت سیستم را افزایش می‌دهد.
راندمان کولمبیک ۹۸.۵٪: در نسخه‌ی جدید این باتری، میزان آبکاری و سلب لیتیوم با راندمان کولمبیک بسیار بالایی انجام می‌شود که نشان‌دهنده‌ی کارایی بالای آن است.
مقایسه با باتری‌های موجود
در مقایسه با باتری‌های نیکل-هیدروژن و باتری‌های لیتیوم-یون، سیستم Li-H دارای مزایای زیر است:
چگالی انرژی بیشتر (۲۸۲۵ Wh/kg در مقایسه با ۲۵۰-۳۰۰ Wh/kg در باتری‌های معمولی)
بهره‌وری بالاتر (۹۹.۷٪ در مقایسه با ۸۵-۹۵٪ در سایر باتری‌ها)
کاهش نیاز به مواد اولیه‌ی کمیاب مانند کبالت و نیکل
تأثیرات بالقوه در آینده‌ی انرژی و حمل و نقل
انقلاب در وسایل نقلیه الکتریکی (EVs)
باتری Li-H می‌تواند برد خودروهای الکتریکی را به شدت افزایش دهد و آن‌ها را قادر سازد با یک بار شارژ، مسافت‌های طولانی‌تری را طی کنند. همچنین، سرعت شارژ نیز افزایش خواهد یافت که زمان انتظار رانندگان را کاهش می‌دهد.
پیشرفت در ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر
این فناوری می‌تواند سیستم‌های ذخیره انرژی تجدیدپذیر مانند نیروگاه‌های بادی و خورشیدی را بهینه کند و وابستگی به شبکه‌های سنتی را کاهش دهد.
توسعه‌ی حمل و نقل هوایی نسل جدید
با توجه به چگالی انرژی بالای این باتری، امکان استفاده از آن در هواپیماهای برقی و سیستم‌های فضایی نیز وجود دارد.
باتری جدید لیتیوم-هیدروژن (Li-H) که توسط محققان USTC توسعه یافته است، گامی مهم به سوی آینده‌ای پایدارتر در صنعت ذخیره انرژی و حمل و نقل الکتریکی محسوب می‌شود.
به گزارش IE، این فناوری نه‌تنها چگالی انرژی بی‌سابقه‌ای ارائه می‌دهد، بلکه بهره‌وری بالا، هزینه تولید پایین و ایمنی بیشتر را نیز تضمین می‌کند.
در حالی که این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه است، پتانسیل بالای آن برای جایگزینی باتری‌های معمولی و استفاده در صنایع مختلف، نویدبخش آینده‌ای سبزتر و پایدارتر خواهد بود.
