Китайские ученые создали первую в мире работающую гидридно-ионную батарею

Исследователи из Китая совершили прорыв в области накопления энергии, разработав первый в мире функционирующий прототип гидридно-ионной батареи. Эта технология открывает новые возможности для чистого энергетического хранения и может революционизировать подход к созданию аккумуляторных систем будущего.

Команда Даляньского института химической физики Китайской академии наук под руководством профессора Пин Чена создала полностью твердотельный прототип на основе гидрида натрия-алюминия (NaAlH4). В качестве положительного электрода использовался неорганический твердый композит, а отрицательным электродом стал бедный водородом дигидрид церия. Оба материала широко применяются для хранения водорода в энергетике.

Ключевой проблемой создания гидридно-ионных батарей долгое время оставалась разработка эффективных электролитов с быстрой проводимостью ионов водорода, термической стабильностью и совместимостью с электродами. Гидридные ионы (H⁻) считаются перспективными носителями заряда для электрохимических девайсов следующего поколения благодаря низкой массе и высокому окислительно-восстановительному потенциалу.

Китайские исследователи решили эту проблему через создание электролита со структурой "ядро-оболочка" на основе материала 3CeH3@BaH2. В этой конструкции тонкая оболочка из гидрида бария (BaH2) охватывает тригидрид церия (CeH3), объединяя высокую проводимость гидридных ионов первого компонента со стабильностью второго.

Полученная структура обеспечивает быстрое проведение гидридных ионов при комнатной температуре наряду с высокой термической и электрохимической стабильностью. При температуре выше 60 градусов Цельсия материал становится суперионным проводником, что значительно расширяет рабочий диапазон батареи.

На основе разработанного электролита ученые создали первую перезаряжаемую гидридно-ионную батарею с архитектурой CeH2|3CeH3@BaH2|NaAlH4. Положительный электрод девайса демонстрирует начальную удельную разрядную емкость 984 миллиампер-часа на грамм (мА·ч/г) при комнатной температуре и сохраняет 402 мА·ч/г после 20 циклов заряда-разряда.

Рабочее напряжение инновационной системы достигает 1,9 вольта в многослойной конфигурации. Исследователи успешно продемонстрировали практическое применение технологии, запитав от прототипа светодиодный индикатор. Этот эксперимент подтвердил переход технологии от теоретической концепции к экспериментальному подтверждению осуществимости.

Важным преимуществом гидридно-ионных батарей становится использование водорода в качестве носителя заряда, что позволяет избежать формирования вредных металлических дендритов. Подобные образования часто становятся причиной деградации традиционных литий-ионных аккумуляторов и создают риски безопасности эксплуатации.

Разработчики отмечают, что технология прокладывает путь для безопасного, эффективного и устойчивого хранения энергии. Гидридно-ионные батареи обладают сильным потенциалом для применения в системах накопления чистой энергии благодаря настраиваемым свойствам материалов на основе гидридов.

Ученые прогнозируют широкое применение технологии в крупномасштабных системах хранения энергии, водородных накопителях, портативных и мобильных источниках питания, а также специализированных энергетических приложениях.