Νέα κινεζική μπαταρία προσφέρει ελπίδες για την αποθήκευση υδρογόνου

Κινέζοι ερευνητές κατασκεύασαν έναν νέο τύπο μπαταρίας που μπορεί να λύσει μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στον τομέα της καθαρής ενέργειας: πώς να αποθηκεύεται το υδρογόνο εύκολα και αποτελεσματικά.

Η ομάδα, με επικεφαλής επιστήμονες από το Ινστιτούτο Χημικής Φυσικής του Νταλιάν (DICP) της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, ανέπτυξε το πρώτο πρωτότυπο μιας μπαταρίας υδριδικών ιόντων αερίου-στερεού. Τα ευρήματά τους δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Joule.

Αντί να χρησιμοποιεί λίθιο ή άλλα κοινά υλικά, η νέα μπαταρία λειτουργεί με ιόντα υδριδίου — ιόντα υδρογόνου με επιπλέον ηλεκτρόνια. Αυτά τα ιόντα είναι υψηλής ενέργειας αλλά πολύ ασταθή υπό κανονικές συνθήκες. Για χρόνια, οι επιστήμονες δυσκολεύονταν να τα χρησιμοποιήσουν απευθείας σε μπαταρίες.

Η ερευνητική ομάδα εργάζεται πάνω σε αυτή την πρόκληση από το 2018. Αρχικά ανέπτυξαν ένα νέο υλικό το 2023 που επιτρέπει στα ιόντα υδριδίου να κινούνται σταθερά σε χαμηλές θερμοκρασίες. Δύο χρόνια αργότερα, κατασκεύασαν την πρώτη μπαταρία ιόντων υδριδίου πλήρως στερεάς μορφής. Τώρα, έχουν κάνει ένα ακόμη μεγάλο βήμα προόδου.

Η νέα τους μπαταρία χρησιμοποιεί ως ηλεκτρόδια το μέταλλο μαγνήσιο και το υδρογόνο σε αέρια μορφή. Όταν η μπαταρία απελευθερώνει ενέργεια, το αέριο υδρογόνο μετατρέπεται σε ιόντα υδριδίου, ενώ το μέταλλο γίνεται υδρίδιο μετάλλου. Όταν η μπαταρία φορτίζεται, η διαδικασία αντιστρέφεται και το υδρογόνο μπορεί να απελευθερωθεί ξανά. Αυτό σημαίνει ότι η μπαταρία αποθηκεύει ταυτόχρονα τόσο ηλεκτρική ενέργεια όσο και υδρογόνο.

Σύμφωνα με τη μελέτη, η μπαταρία μπορεί να λειτουργήσει σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από -20 έως 90 βαθμούς Κελσίου. Η αρχική της χωρητικότητα εκφόρτισης έφτασε τα 1.526 μιλιαμπέρ-ώρα ανά γραμμάριο. Επίσης, διατήρησε πάνω από το 70% της χωρητικότητάς της μετά από 60 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης. Η ομάδα στοιβάξε δέκα μικρές μπαταρίες για να σχηματίσει ένα μεγαλύτερο πακέτο μπαταριών. Το πακέτο αυτό παρήγαγε πάνω από 2,4 βολτ και άναψε με επιτυχία μια λάμπα LED.

«Η νέα μπαταρία πέτυχε ενεργειακή απόδοση 93,9%, η οποία είναι κατά ένα τρίτο υψηλότερη σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους θερμικής αποθήκευσης υδρογόνου», δήλωσε ο Τσεν Πίνγκ, ερευνητής στο Ινστιτούτο Χημικής Φυσικής του Νταλιάν.

Σε αντίθεση με τις συμβατικές μεθόδους αποθήκευσης που απαιτούν ακραίες συνθήκες — είτε εξαιρετικά υψηλή πίεση είτε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες — αυτή η νέα μπαταρία λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου και κανονική πίεση. Αποθηκεύει το υδρογόνο με τη μορφή στερεού υδριδίου μετάλλου κατά τη φόρτιση ή την εκφόρτιση, εξαλείφοντας την ανάγκη για ακριβές δεξαμενές υψηλής πίεσης ή κρυογενική ψύξη, πρόσθεσε ο Τσεν.

Η ερευνητική ομάδα δήλωσε ότι θα συνεχίσει τις προσπάθειές της για τη βελτίωση της απόδοσης της μπαταρίας και την ανάπτυξη ανώτερων υλικών.