યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેકનોલોજી ઓફ ચાઇના (USTC) ખાતે પ્રોફેસર ચેન વેઇના નેતૃત્વ હેઠળની એક સંશોધન ટીમે એક નવી રાસાયણિક બેટરી સિસ્ટમ રજૂ કરી છે જે હાઇડ્રોજન ગેસનો એનોડ તરીકે ઉપયોગ કરે છે. આ અભ્યાસ જર્નલમાં પ્રકાશિત થયો હતો.Angewandte Chemie આંતરરાષ્ટ્રીય આવૃત્તિ.
હાઇડ્રોજન (H2) તેના અનુકૂળ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ગુણધર્મોને કારણે સ્થિર અને ખર્ચ-અસરકારક નવીનીકરણીય ઊર્જા વાહક તરીકે ધ્યાન ખેંચ્યું છે. જો કે, પરંપરાગત હાઇડ્રોજન-આધારિત બેટરીઓ મુખ્યત્વે H નો ઉપયોગ કરે છે૨કેથોડ તરીકે, જે તેમની વોલ્ટેજ શ્રેણીને 0.8–1.4 V સુધી મર્યાદિત કરે છે અને તેમની એકંદર ઊર્જા સંગ્રહ ક્ષમતાને મર્યાદિત કરે છે. મર્યાદાને દૂર કરવા માટે, સંશોધન ટીમે એક નવીન અભિગમ પ્રસ્તાવિત કર્યો: H નો ઉપયોગ૨ઊર્જા ઘનતા અને કાર્યકારી વોલ્ટેજને નોંધપાત્ર રીતે વધારવા માટે એનોડ તરીકે. જ્યારે એનોડ તરીકે લિથિયમ ધાતુ સાથે જોડી બનાવવામાં આવી, ત્યારે બેટરીએ અસાધારણ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કામગીરી દર્શાવી.
Li−H બેટરીનું આકૃતિત્મક ચિત્ર. (USTC દ્વારા છબી)
સંશોધકોએ એક પ્રોટોટાઇપ Li-H બેટરી સિસ્ટમ ડિઝાઇન કરી, જેમાં લિથિયમ મેટલ એનોડ, હાઇડ્રોજન કેથોડ તરીકે સેવા આપતું પ્લેટિનમ-કોટેડ ગેસ ડિફ્યુઝન લેયર અને સોલિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (Li૧.૩Al૦.૩Ti૧.૭(પી.ઓ.)4)3, અથવા LATP). આ રૂપરેખાંકન અનિચ્છનીય રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને ઘટાડીને કાર્યક્ષમ લિથિયમ આયન પરિવહનને મંજૂરી આપે છે. પરીક્ષણ દ્વારા, Li-H બેટરીએ 2825 Wh/kg ની સૈદ્ધાંતિક ઊર્જા ઘનતા દર્શાવી, લગભગ 3V નું સ્થિર વોલ્ટેજ જાળવી રાખ્યું. વધુમાં, તેણે 99.7% ની નોંધપાત્ર રાઉન્ડ-ટ્રીપ કાર્યક્ષમતા (RTE) પ્રાપ્ત કરી, જે ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ ચક્ર દરમિયાન ન્યૂનતમ ઊર્જા નુકશાન સૂચવે છે, જ્યારે લાંબા ગાળાની સ્થિરતા જાળવી રાખે છે.
ખર્ચ-કાર્યક્ષમતા, સલામતી અને ઉત્પાદન સરળતામાં વધુ સુધારો કરવા માટે, ટીમે એનોડ-મુક્ત Li-H બેટરી વિકસાવી છે જે પહેલાથી ઇન્સ્ટોલ કરેલ લિથિયમ ધાતુની જરૂરિયાતને દૂર કરે છે. તેના બદલે, બેટરી લિથિયમ ક્ષાર (LiH) માંથી લિથિયમ જમા કરે છે.2PO4અને LiOH) ચાર્જિંગ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં. આ સંસ્કરણ પ્રમાણભૂત Li-H બેટરીના ફાયદા જાળવી રાખે છે, જ્યારે વધારાના ફાયદાઓ રજૂ કરે છે. તે 98.5% ની કુલોમ્બિક કાર્યક્ષમતા (CE) સાથે કાર્યક્ષમ લિથિયમ પ્લેટિંગ અને સ્ટ્રિપિંગને સક્ષમ કરે છે. વધુમાં, તે ઓછી હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા પર પણ સ્થિર રીતે કાર્ય કરે છે, જે ઉચ્ચ-દબાણ H₂ સંગ્રહ પર નિર્ભરતા ઘટાડે છે. બેટરીના ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં લિથિયમ અને હાઇડ્રોજન આયનો કેવી રીતે ફરે છે તે સમજવા માટે કમ્પ્યુટેશનલ મોડેલિંગ, જેમ કે ડેન્સિટી ફંક્શનલ થિયરી (DFT) સિમ્યુલેશન, કરવામાં આવ્યા હતા.
Li-H બેટરી ટેકનોલોજીમાં આ પ્રગતિ અદ્યતન ઉર્જા સંગ્રહ ઉકેલો માટે નવી તકો રજૂ કરે છે, જેમાં નવીનીકરણીય ઉર્જા ગ્રીડ, ઇલેક્ટ્રિક વાહનો અને એરોસ્પેસ ટેકનોલોજીનો સમાવેશ થાય છે. પરંપરાગત નિકલ-હાઇડ્રોજન બેટરીની તુલનામાં, Li-H સિસ્ટમ ઉન્નત ઉર્જા ઘનતા અને કાર્યક્ષમતા પ્રદાન કરે છે, જે તેને આગામી પેઢીના પાવર સ્ટોરેજ માટે એક મજબૂત ઉમેદવાર બનાવે છે. એનોડ-મુક્ત સંસ્કરણ વધુ ખર્ચ-અસરકારક અને સ્કેલેબલ હાઇડ્રોજન-આધારિત બેટરી માટે પાયો નાખે છે.
પેપર લિંક:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(ઝેંગ ઝિહોંગ દ્વારા લખાયેલ, WU Yuyang દ્વારા સંપાદિત)
પોસ્ટ સમય: માર્ચ-૧૨-૨૦૨૫