鋰氫電池新突破：高能量密度引領能源儲存革命

中國科學技術大學的研究團隊近日在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上發表了一項創新性的電池系統研究。這項研究利用氫氣作為陽極，開發出一種新型的化學電池系統，為能源儲存技術帶來了革命性的突破。

氫氣（H₂）因其優異的電化學特性，被視為一種穩定且成本效益高的可再生能源載體。然而，傳統的氫基電池主要將氫氣作為陰極使用，這使得其電壓範圍僅限於0.8至1.4伏特，大大限制了整體的能源儲存能力。

為瞭解決這一限制，研究團隊提出了一種新穎的方法：將氫氣作為陽極使用，從而顯著提升能量密度和工作電壓。當氫氣與鋰金屬作為陰極配對時，電池展現出卓越的電化學效能。

研究人員設計了一款原型鋰氫電池系統，該系統包含鋰金屬陰極、鉑塗層氣體擴散層作為氫氣陽極，以及固態電解質（Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃，簡稱LATP）。這種配置不僅能有效傳輸鋰離子，還能最大限度地減少不必要的化學反應。

經過測試，鋰氫電池的理論能量密度達到2825瓦時/公斤，並能維持約3伏特的穩定電壓。此外，其往返效率（RTE）高達99.7%，顯示在充放電迴圈過程中能量損失極小，且具有長期的穩定性。

為了進一步提升成本效益、安全性和製造簡便性，團隊開發了一款無陽極鋰氫電池，該電池無需預裝鋰金屬，而是在充電過程中從電解質中的鋰鹽（LiH₂PO₄和LiOH）沉積鋰。這款版本保留了標準鋰氫電池的優勢，並引入了額外的好處。它能夠實現高效的鋰電鍍和剝離，庫侖效率（CE）達到98.5%。此外，即使在低氫氣濃度下也能穩定運作，減少對高壓氫氣儲存的依賴。

研究團隊還進行了密度泛函理論（DFT）模擬，以深入瞭解鋰和氫離子在電池電解質中的移動方式。這項鋰氫電池技術的突破為先進能源儲存解決方案開闢了新的可能性，其應用範圍涵蓋可再生能源電網、電動車，甚至航空航天技術。與傳統的鎳氫電池相比，鋰氫系統提供了更高的能量密度和效率，使其成為下一代電力儲存的強力候選者。無陽極版本則為更具成本效益和可擴充套件性的氫基電池奠定了基礎。