Recientemente, un equipo del Instituto de Física Química de Dalian (en adelante, "DICP"), de la Academia China de Ciencias, logró un importante avance tecnológico al construir con éxito el primer prototipo de batería de iones hidruro gas-sólido del mundo (en adelante, "batería gas-sólido"), utilizando hidrógeno gaseoso y metal como electrodos. La batería adopta un modo de "coalmacenamiento de hidrógeno y electricidad", que permite cargar con hidrógeno y descargar electricidad, así como cargar con electricidad y liberar hidrógeno, proporcionando una verificación práctica de prototipo para el almacenamiento eficiente de hidrógeno en condiciones de temperatura y presión ambientales, y resolviendo un desafío central de larga data en el campo de la utilización de la energía del hidrógeno.
Según se informa, los iones hidruro son el estado "rico en electrones" del hidrógeno. Como portadores de carga, poseen características notables de alta reactividad y alta energía, y se consideran una de las vías clave para el desarrollo de baterías de estado sólido de próxima generación. Sin embargo, los iones hidruro son extremadamente inestables en condiciones naturales, una propiedad que dificulta a los científicos su aplicación directa en el almacenamiento electroquímico de energía, constituyendo un cuello de botella que limita el desarrollo de las tecnologías relacionadas.
Para superar este cuello de botella tecnológico, el equipo del DICP diseñó de forma innovadora un sistema que utiliza magnesio metálico e hidrógeno gaseoso como materiales activos del ánodo y del cátodo respectivamente, ensamblando con éxito la primera batería de iones hidruro gas-sólido del mundo capaz de operar en un amplio rango de temperaturas. La ventaja central de esta batería radica en permitir que los iones hidruro proporcionen alta energía a la batería mientras se logra una ingeniosa integración con el almacenamiento electroquímico de hidrógeno: durante la descarga, el hidrógeno gaseoso se reduce a iones hidruro en el cátodo, mientras que el metal se oxida a cationes en el ánodo para formar hidruros metálicos; durante la carga, los dos electrodos liberan moléculas de hidrógeno y regeneran metal respectivamente, logrando verdaderamente el efecto sinérgico de carga/descarga simultánea y almacenamiento/liberación de hidrógeno.
Los datos experimentales muestran que la batería gas-sólido demuestra un rendimiento excelente: en estado cargado con hidrógeno, la capacidad de descarga inicial alcanza hasta 1.526 mAh/g; cuando se aplica un voltaje de 0,3 V, se puede liberar aproximadamente un 6,0 % en peso de hidrógeno (calculado con base en el MgH₂ del electrodo) a temperatura ambiente; después de 60 ciclos, la tasa de retención de capacidad aún supera el 70 %, y la batería puede operar de forma estable en un amplio rango de temperaturas desde -20 °C hasta 90 °C. Además, el equipo apiló 10 celdas individuales en un paquete de baterías conectadas en serie con un voltaje de salida superior a 2,4 V, logrando encender un LED, lo que marca el debut oficial del prototipo de batería de iones hidruro gas-sólido. El análisis de eficiencia energética indica además que la eficiencia de utilización energética de este sistema de "coalmacenamiento de hidrógeno y electricidad" puede alcanzar el 93,9%, lo que representa una mejora de un tercio respecto a los métodos convencionales de almacenamiento térmico de hidrógeno.
Este logro original es de gran importancia, ya que proporciona una ruta técnica completamente nueva para resolver el desafío del almacenamiento de hidrógeno que ha persistido en el campo de la utilización de energía de hidrógeno durante más de medio siglo. Elimina por completo las condiciones extremas requeridas por el almacenamiento tradicional de hidrógeno, como alta presión (700 atm) o temperaturas criogénicas (-253 °C), y se espera que dé lugar a nuevas tecnologías de almacenamiento de hidrógeno, eliminando obstáculos clave para el desarrollo a gran escala de la industria del hidrógeno.
De cara al futuro, el equipo del DICP declaró que seguirá centrándose en avances tecnológicos fundamentales, concentrando los esfuerzos de I+D en conductores de iones hidruro y materiales de electrodos de mayor rendimiento, mejorando continuamente el rendimiento general de las baterías, desarrollando tecnologías centrales propias, acelerando la aplicación práctica de las baterías de iones hidruro e inyectando un nuevo impulso al desarrollo de alta calidad de la industria global del hidrógeno.
