"Baterai Gas-Padat" Pertama di Dunia Diluncurkan, Mencapai Terobosan Baru dalam Penyimpanan Hidrogen Efisien pada Suhu dan Tekanan Ambien

Baru-baru ini, tim dari Dalian Institute of Chemical Physics (selanjutnya disebut "DICP"), Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, berhasil mencapai terobosan teknologi besar dengan mengonstruksi baterai prototipe ion hidrida gas-padat pertama di dunia (selanjutnya disebut "baterai gas-padat") menggunakan gas hidrogen dan logam sebagai elektroda. Baterai ini mengadopsi mode "penyimpanan bersama hidrogen-listrik", memungkinkan pengisian dengan hidrogen dan pengeluaran listrik, serta pengisian dengan listrik dan pelepasan hidrogen, memberikan verifikasi prototipe praktis untuk penyimpanan hidrogen yang efisien pada kondisi suhu dan tekanan ambien, serta memecahkan tantangan inti yang telah lama ada di bidang pemanfaatan energi hidrogen.

Dilaporkan bahwa ion hidrida adalah keadaan "kaya elektron" dari hidrogen. Sebagai pembawa muatan, ion hidrida memiliki karakteristik menonjol berupa reaktivitas tinggi dan energi tinggi, serta dianggap sebagai salah satu jalur utama untuk mengembangkan baterai semua-padat generasi berikutnya. Namun, ion hidrida sangat tidak stabil dalam kondisi alami, sifat yang menyulitkan para ilmuwan untuk mengaplikasikannya secara langsung dalam penyimpanan energi elektrokimia, sehingga menjadi hambatan yang membatasi pengembangan teknologi terkait.

Untuk mengatasi hambatan teknologi ini, tim DICP secara inovatif merancang sistem yang menggunakan logam magnesium dan gas hidrogen masing-masing sebagai bahan aktif anoda dan katoda, berhasil merakit baterai ion hidrida gas-padat pertama di dunia yang mampu beroperasi dalam rentang suhu yang luas. Keunggulan inti baterai ini terletak pada kemampuan ion hidrida menyediakan energi tinggi bagi baterai sekaligus mencapai integrasi yang cerdas dengan penyimpanan hidrogen elektrokimia: saat pengosongan, gas hidrogen direduksi menjadi ion hidrida di katoda, sementara logam dioksidasi menjadi kation di anoda untuk membentuk hidrida logam; saat pengisian, kedua elektroda masing-masing melepaskan molekul hidrogen dan meregenerasi logam, benar-benar mewujudkan efek sinergis pengisian/pengosongan dan penyimpanan/pelepasan hidrogen secara simultan.

Data eksperimen menunjukkan bahwa baterai gas-padat mendemonstrasikan kinerja yang sangat baik: dalam keadaan terisi hidrogen, kapasitas pengosongan awal mencapai 1.526 mAh/g; ketika tegangan 0,3 V diterapkan, sekitar 6,0 wt% hidrogen (dihitung berdasarkan MgH₂ dalam elektroda) dapat dilepaskan pada suhu ruangan; setelah 60 siklus, tingkat retensi kapasitas masih melebihi 70%, dan baterai dapat beroperasi secara stabil dalam rentang suhu yang luas dari serendah -20°C hingga setinggi 90°C. Selain itu, tim menyusun 10 sel tunggal menjadi paket baterai yang terhubung seri dengan tegangan keluaran melebihi 2,4 V, berhasil menyalakan lampu LED, menandai debut resmi prototipe baterai ion hidrida gas-padat. Analisis efisiensi energi lebih lanjut menunjukkan bahwa efisiensi pemanfaatan energi sistem "penyimpanan bersama hidrogen-listrik" ini dapat mencapai 93,9%, merepresentasikan peningkatan sepertiga dibandingkan metode penyimpanan hidrogen termal konvensional.

Pencapaian orisinal ini memiliki signifikansi besar, menyediakan rute teknis yang sepenuhnya baru untuk memecahkan tantangan penyimpanan hidrogen yang telah berlangsung di bidang pemanfaatan energi hidrogen selama lebih dari setengah abad. Ini sepenuhnya menghilangkan kondisi ekstrem yang dibutuhkan oleh penyimpanan hidrogen tradisional, seperti tekanan tinggi (700 atm) atau suhu kriogenik (-253°C), dan diharapkan dapat melahirkan teknologi penyimpanan hidrogen tipe baru, membuka hambatan utama bagi pengembangan skala besar industri energi hidrogen.

Ke depan, tim DICP menyatakan akan terus berfokus pada terobosan teknologi inti, memusatkan upaya R&D pada konduktor ion hidrida dan material elektroda berperforma lebih tinggi, terus meningkatkan kinerja baterai secara keseluruhan, mengembangkan teknologi inti proprietary, mempercepat aplikasi praktis baterai ion hidrida, dan menyuntikkan momentum baru bagi pengembangan berkualitas tinggi industri energi hidrogen global.