Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Chen Wei, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC), introduziu um novo sistema de bateria química que utiliza gás hidrogênio como ânodo. O estudo foi publicado na revistaAngewandte Chemie Edição Internacional.
Hidrogênio (H2) ganhou destaque como um transportador de energia renovável estável e econômico devido às suas propriedades eletroquímicas favoráveis. No entanto, as baterias tradicionais à base de hidrogênio utilizam principalmente H2como um 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 trabalho. Quando combinada com lítio metálico como ânodo, a bateria apresentou desempenho eletroquímico excepcional.
Esquema da bateria de Li-H. (Imagem da USTC)
Os pesquisadores projetaram um protótipo de sistema de bateria Li-H, incorporando um ânodo de metal de lítio, uma camada de difusão de gás revestida de platina servindo como cátodo de hidrogênio e um eletrólito sólido (Li1.3Al0,3Ti1.7(PO4)3, ou LATP). Essa configuração permite o transporte eficiente de íons de lítio, minimizando interações químicas indesejadas. Em testes, a bateria Li-H demonstrou uma densidade de energia teórica de 2.825 Wh/kg, mantendo uma tensão constante de cerca 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 Li-H sem ânodo que elimina a necessidade de metal de lítio pré-instalado. Em vez disso, a bateria deposita lítio a partir de sais de lítio (LiH2PO4e LiOH) no eletrólito durante o carregamento. A versão mantém as vantagens da bateria Li-H padrão, mas apresenta benefícios adicionais. Ela permite o revestimento e a decapagem eficientes de lítio com uma eficiência coulômbica (EC) 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 entender como os íons de lítio e hidrogênio se movem dentro do eletrólito da bateria.
Este avanço na tecnologia de baterias 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 a tecnologia aeroespacial. Comparado às baterias convencionais de níquel-hidrogênio, o sistema Li-H oferece maior densidade e eficiência energética, tornando-se um forte candidato para o armazenamento de energia da próxima geração. A versão sem ânodo estabelece as bases para baterias à base de hidrogênio mais econômicas e escaláveis.
Link do artigo:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Escrito por ZHENG Zihong, editado por WU Yuyang)
Horário da publicação: 12/03/2025