Recentemente, uma equipe do Instituto de Física Química de Dalian (doravante denominado "DICP"), da Academia Chinesa de Ciências, alcançou um importante avanço tecnológico ao construir com sucesso o primeiro protótipo mundial de bateria de íons hidreto gás-sólido (doravante denominada "bateria gás-sólido"), utilizando gás hidrogênio e metal como eletrodos. A bateria adota um modo de "coarmazenamento hidrogênio-eletricidade", permitindo carregar com hidrogênio e descarregar eletricidade, bem como carregar com eletricidade e liberar hidrogênio, fornecendo uma verificação prática de protótipo para o armazenamento eficiente de hidrogênio em condições de temperatura e pressão ambiente, e resolvendo um desafio central de longa data no campo da utilização de energia de hidrogênio.
Segundo informações, os íons hidreto são o estado "rico em elétrons" do hidrogênio. Como portadores de carga, possuem características notáveis de alta reatividade e alta energia, sendo considerados uma das vias-chave para o desenvolvimento de baterias de estado sólido de próxima geração. No entanto, os íons hidreto são extremamente instáveis em condições naturais, uma propriedade que dificulta sua aplicação direta por cientistas no armazenamento eletroquímico de energia, constituindo um gargalo que restringe o desenvolvimento de tecnologias relacionadas.
Para superar esse gargalo tecnológico, a equipe do DICP projetou de forma inovadora um sistema utilizando metal de magnésio e gás hidrogênio como materiais ativos do ânodo e do cátodo, respectivamente, montando com sucesso a primeira bateria de íons hidreto gás-sólido do mundo capaz de operar em uma ampla faixa de temperatura. A vantagem central desta bateria reside em permitir que os íons hidreto forneçam alta energia para a bateria, ao mesmo tempo em que alcançam uma integração engenhosa com o armazenamento eletroquímico de hidrogênio: durante a descarga, o gás hidrogênio é reduzido a íons hidreto no cátodo, enquanto o metal é oxidado a cátions no ânodo para formar hidretos metálicos; durante o carregamento, os dois eletrodos liberam moléculas de hidrogênio e regeneram metal, respectivamente, realizando verdadeiramente o efeito sinérgico de carga/descarga simultânea e armazenamento/liberação de hidrogênio.
Dados experimentais mostram que a bateria gás-sólido demonstra excelente desempenho: no estado carregado com hidrogênio, a capacidade de descarga inicial atinge 1.526 mAh/g; quando uma tensão de 0,3 V é aplicada, aproximadamente 6,0 wt% de hidrogênio (calculado com base no MgH₂ no eletrodo) pode ser liberado à temperatura ambiente; após 60 ciclos, a taxa de retenção de capacidade ainda excede 70%, e a bateria pode operar de forma estável em uma ampla faixa de temperatura, de -20°C a 90°C. Além disso, a equipe empilhou 10 células unitárias em um pacote de baterias conectadas em série com uma tensão de saída superior a 2,4 V, acendendo com sucesso uma lâmpada LED, marcando a estreia oficial do protótipo de bateria de íon hidreto gás-sólido. A análise de eficiência energética indica ainda que a eficiência de utilização energética deste sistema de "coarmazenamento hidrogênio-eletricidade" pode alcançar 93,9%, representando uma melhoria de um terço em relação aos métodos convencionais de armazenamento térmico de hidrogênio.
Esta conquista original é de grande importância, fornecendo uma rota técnica inteiramente nova para resolver o desafio do armazenamento de hidrogênio que persiste no campo da utilização de energia de hidrogênio há mais de meio século. Ela elimina completamente as condições extremas exigidas pelo armazenamento tradicional de hidrogênio, como alta pressão (700 atm) ou temperaturas criogênicas (-253°C), e espera-se que dê origem a novas tecnologias de armazenamento de hidrogênio, removendo obstáculos-chave para o desenvolvimento em larga escala da indústria de energia de hidrogênio.
Olhando para o futuro, a equipe do DICP declarou que continuará focada em avanços tecnológicos centrais, concentrando esforços de P&D em condutores de íon hidreto e materiais de eletrodo de maior desempenho, melhorando continuamente o desempenho geral da bateria, desenvolvendo tecnologias centrais proprietárias, acelerando a aplicação prática das baterias de íon hidreto e injetando novo impulso no desenvolvimento de alta qualidade da indústria global de energia de hidrogênio.
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