Maşinile electrice ale viitorului ar putea renunţa la bateriile litiu-ion, datorită unui nou progres în domeniul stocării energiei pe bază de hidrogen la temperaturi de până la patru ori mai scăzute decât era posibil anterior, realizat de cercetători de la Institutul de Ştiinţă din Tokio.
Oamenii de știință au obţinut o baterie de hidrogen care foloseşte hidrură de magneziu ca anod şi hidrogen gazos pe post de catod, precum şi un electrolit în stare solidă cu o structură cristalină, potrivit site-ului Live Science, citat de Agerpres.
Într-un studiu publicat pe 18 septembrie în revista Science, oamenii de ştiinţă au observat că această baterie poate funcţiona la 90 de grade Celsius, în loc de temperaturile de funcţionare de 300-400 de grade Celsius necesare pentru metodele actuale de stocare a hidrogenului în stare solidă.
„Aceste proprietăţi ale bateriei noastre de stocare a hidrogenului erau anterior imposibil de atins prin metode termice convenţionale sau electroliţi lichizi, oferind o bază pentru sisteme eficiente de stocare a hidrogenului, potrivite pentru utilizarea ca purtători de energie”, a declarat autorul principal al studiului, Takashi Hirose, profesor asociat la Institutul de Cercetări Chimice (ICR) al Universităţii Kyoto, într-un comunicat.
Bateriile cu hidrogen cu componente în stare solidă există deja, la fel ca şi pilele de combustie cu hidrogen. Primele, însă, necesită temperaturi ridicate de funcţionare, în timp ce cele din urmă nu sunt la fel de eficiente ca bateriile litiu-ion. Însă, cu această nouă baterie de hidrogen, oamenii de ştiinţă au atins capacitatea teoretică completă de stocare a anodului MgH2 şi o conductivitate ionică ridicată la temperatura camerei.
Nucleul acestei baterii de hidrogen constă în electrolitul său solid. Format din hidrură de bariu, hidrură de calciu şi hidrură de sodiu, electrolitul are o structură cristalină care oferă atât o stabilitate electrochimică ridicată, cât şi o conductivitate ionică ridicată, în special în ceea ce priveşte ionii de hidrogen, la temperaturi relativ scăzute.
În practică, bateria funcţionează la fel ca una litiu-ion, cu excepţia faptului că în loc de ioni încărcaţi pozitiv care se deplasează prin electrolit, această nouă baterie foloseşte ioni de hidrură care poartă o sarcină negativă şi pot trece prin structura sa cristalină.
La furnizarea de energie (descărcare), hidrogenul gazos din catod trece printr-o reacţie chimică care îl reduce în ioni de hidrură care se deplasează prin electrolit către anodul de magneziu, unde se oxidează pentru a forma MgH2. În această stare, au loc reacţii de oxidare-reducere (redox), determinând anodul încărcat negativ să piardă electroni. Aceştia curg printr-un circuit extern către catod, care are acum o sarcină netă pozitivă - şi, procedând astfel, furnizează energie dispozitivelor sau sistemelor conectate.
La încărcare se produce un proces invers - anodul MgH2 eliberează ioni de hidrură care trec prin electrod pentru a fi apoi oxidaţi la electrodul de hidrogen pentru a forma hidrogen gazos. Ca atare, electronii curg de la electrodul H2 la cel de Mg până când reacţia de reducere nu mai poate avea loc, ceea ce înseamnă că bateria este într-o stare complet încărcată.
Cu acest design al bateriei, hidrogenul gazos poate fi stocat şi eliberat într-o celulă în stare solidă la cerere, cu o capacitate de 2.030 mAh pe gram (pentru referinţă, bateriile litiu-ion tind să aibă o capacitate de 154 până la 203 mAh pe gram, în timp ce unele dintre cele mai bune telefoane au capacităţi ale bateriei litiu-ion de 5.000 mAh pentru întreaga celulă).
Deşi temperatura de funcţionare este puţin sub punctul de fierbere al apei, ceea ce înseamnă că o astfel de baterie nu este gata pentru utilizare în dispozitive electronice de zi cu zi, cum ar fi smartphone-urile sau laptopurile, există posibilitatea ca aceasta să deschidă calea pentru o stocare mai eficientă şi mai uşoară a hidrogenului. Acest lucru, la rândul său, ar putea determina vehiculele electrice să adopte baterii cu hidrogen în locul bateriilor litiu-ion, care sunt grele şi suferă de degradare, precum şi de scădere a eficienţei pe parcursul duratei lor de viaţă.
O stocare mai bună a hidrogenului, fără a fi nevoie de sisteme de înaltă presiune, răcire extremă sau temperaturi ridicate de funcţionare, ar putea deschide şi mai mult utilizarea hidrogenului ca sursă de energie verde. Dacă este extinsă şi pusă în producţie, această descoperire în domeniul bateriilor ar putea continua să propulseze hidrogenul ca şi combustibil al viitorului.
Citește și:
Mașini electrice care se încarcă rapid: Cercetătorii MIT au descoperit un mecanism care accelerează procesul din bateriile litiu-ion
Editor : Ș.R.
