Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Chen Wei, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC), apresentou um novo sistema de bateria química que utiliza gás hidrogênio como ânodo. O estudo foi publicado na revista científica.Angewandte Chemie Edição Internacional.
Hidrogênio (H)2O hidrogênio tem atraído atenção como um vetor energético renovável estável e econômico devido às suas propriedades eletroquímicas favoráveis. No entanto, as baterias tradicionais à base de hidrogênio utilizam principalmente H₂.2como cátodo, o que restringe sua faixa de tensão a 0,8–1,4 V e limita sua capacidade geral de armazenamento de energia. Para superar essa limitação, a equipe de pesquisa propôs uma nova abordagem: utilizar H2como ânodo para aumentar significativamente a densidade de energia e a tensão de operação. Quando combinado com lítio metálico como ânodo, a bateria apresentou desempenho eletroquímico excepcional.
Esquema da bateria de lítio-hidrogênio. (Imagem da USTC)
Os pesquisadores projetaram um protótipo de sistema de bateria Li-H, incorporando um ânodo de lítio metálico, uma camada de difusão de gás revestida de platina que serve como cátodo de hidrogênio e um eletrólito sólido (Li).1.3Al0,3Ti1.7(PO4)3(ou LATP). Essa configuração permite o transporte eficiente de íons de lítio, minimizando interações químicas indesejadas. Por meio de testes, a bateria de lítio-hidreto demonstrou uma densidade de energia teórica de 2825 Wh/kg, mantendo uma tensão estável em torno de 3 V. Além disso, alcançou uma notável eficiência de ida e volta (RTE) de 99,7%, indicando perda mínima de energia durante os ciclos de carga e descarga, mantendo a estabilidade a longo prazo.
Para melhorar ainda mais a relação custo-benefício, a segurança e a simplicidade de fabricação, a equipe desenvolveu uma bateria de lítio-hidreto (Li-H) sem ânodo, que elimina a necessidade de lítio metálico pré-instalado. Em vez disso, a bateria deposita lítio a partir de sais de lítio (LiH).2PO4e LiOH) no eletrólito durante o carregamento. Esta versão mantém as vantagens da bateria Li-H padrão, introduzindo benefícios adicionais. Permite a deposição e remoção eficientes de lítio com uma eficiência coulombiana (CE) de 98,5%. Além disso, opera de forma estável mesmo em baixas concentrações de hidrogênio, reduzindo a dependência do armazenamento de H₂ em alta pressão. Modelagens computacionais, como simulações da Teoria do Funcional da Densidade (DFT), foram realizadas para compreender como os íons de lítio e hidrogênio se movem dentro do eletrólito da bateria.
Este avanço na tecnologia de baterias de lítio-hidrogênio (Li-H) apresenta novas oportunidades para soluções avançadas de armazenamento de energia, com aplicações potenciais que abrangem redes de energia renovável, veículos elétricos e até mesmo tecnologia aeroespacial. Comparado às baterias convencionais de níquel-hidrogênio, o sistema Li-H oferece maior densidade de energia e eficiência, tornando-o um forte candidato para o armazenamento de energia de próxima geração. A versão sem ânodo estabelece as bases para baterias de hidrogênio mais econômicas e escaláveis.
Link para o artigo:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Escrito por ZHENG Zihong, editado por WU Yuyang)
Data da publicação: 12/03/2025