Vodíkový ión vzbudil záujem výskumníkov, pretože môže byť potenciálnym nositeľom náboja pre budúce elektrochemické zariadenia vďaka svojej extrémne nízkej hmotnosti a vysokému redoxnému potenciálu.
Čínski vedci tvrdia, že vytvorili nový typ batérie, ktorý by mohol predstavovať bezpečnejšiu alternatívu bežných lítiových batérií. Zdroj: CCTV
Nedávna štúdia v časopise Nature informuje o prelomovom objave profesora Pching Čchena a jeho tímu z Inštitútu chemickej fyziky v Ta-liene (DICP), ktorý je súčasťou Čínskej akadémie vied. Vedci vytvorili nový typ batérie, ktorý využíva vodíkové ióny na ukladanie a uvoľňovanie energie, čo by mohlo predstavovať bezpečnejšiu alternatívu bežných lítiových batérií.
Nabíjateľná batéria je stabilná pri izbovej teplote a vyrobili ju pomocou elektrolytu na báze vzácnych zemín, ktorý využíva hydridové ióny alebo záporné vodíkové ióny. Experimentálne údaje ukazujú, že špecifická kapacita batérie – alebo množstvo elektrického náboja, ktoré môže uložiť na jednotku hmotnosti alebo objemu – je až šesťkrát vyššia ako pri niektorých bežných lítium-iónových batériách.
Vedci skonštruovali viacvrstvovú batériu, aby zvýšili napätie batérie na 1,9 voltu, čo úspešne rozsvietilo žlté LED svetlo. Tým dokázali, že hydridová iónová batéria sa dá použiť na napájanie elektrických zariadení. „Vďaka širokej škále hydridových materiálov, z ktorých je možné vyberať a ktoré je možné optimalizovať, by dobíjateľné hydridové iónové batérie ponúkali viac možností pre rôzne aplikácie v oblasti skladovania a konverzie čistej energie,“ uviedol tím vedcov v časopise Nature.
Rýchla vodivosť aj pri vysokej teplote
Bežné lítiové batérie používajú kladne nabité atómy lítia na ukladanie a uvoľňovanie energie. Hydridové ióny vznikajú, keď atóm vodíka získa ďalší elektrón. Ako nosiče záporného náboja sú hydridové ióny energeticky bohatšie a reaktívnejšie ako kladne nabité ióny, ako napríklad lítiové ióny.
„Zásadne odlišné“ elektrochemické procesy hydridových iónov umožňujú vytváranie inovatívnych technológií batérií. Nedávne úsilie v oblasti vývoja materiálov pre skladovanie vodíka viedlo k vytvoreniu viacerých hydridov, pričom niektoré materiály vykazujú rýchlu vodivosť hydridových iónov pri veľmi vysokých teplotách.
Pri batériách a palivových článkoch využívajúcich materiály, ktoré dokážu viesť čisté hydridové ióny pri okolitej teplote, bol problém v stabilite, vo vodivosti či v kompatibilite elektród. Hydridový materiál je kompozitom menej stabilného hydridu céru pokrytého vysoko stabilným plášťom hydridu bária.
„Tento materiál vykazuje rýchlu vodivosť hydridu pri izbovej teplote a kombinuje vynikajúcu tepelnú a elektrochemickú stabilitu, čo z neho robí ideálny elektrolytický materiál,“ uvádza sa v tlačovej správe Čínskej akadémie vied z 18. septembra 2025.
Cér je kov obsahujúci vzácne zeminy, skupinu 17 chemicky podobných kovových prvkov, ktoré sú pomerne bežné, ale komplikovane sa ťažia a rafinujú. Cér je v zemskej kôre hojnejší ako meď a olovo, no jeho ťažba nie je vo väčšine prípadov ekonomicky rentabilná.
Tím použil hydridový materiál ako elektrolyt batérie, teda materiál, ktorý uľahčuje tok nabitých iónov v batérii, a skonštruoval dobíjateľnú hydridovú batériu s katódou z hliníka a zo sodíka a s anódou z hydridu céru. Hydridová iónová batéria má počiatočnú špecifickú kapacitu 984 miliampérhodín (mAh) na gram materiálu batérie.
Špecifická kapacita bežných lítiových batérií sa môže pohybovať od 150 do 300 mAh na gram v závislosti od ich zloženia. Teoretická kapacita grafitovej anódy – najobľúbenejšej voľby pre lítiovo-iónové batérie – je 372 mAh na gram. Hydridová iónová batéria si po 20 cykloch úplného nabitia a vybitia batérie zachovala kapacitu 402 mAh na gram.
„Predpokladáme, že strata kapacity pozorovaná v prvých niekoľkých cykloch je spôsobená hlavne neúplnými reakciami na strane anódy a katódy. Zlepšenie reverzibility je možné dosiahnuť metódami používanými vo výskume skladovania vodíka,“ uviedol tím.
V priebehu času sa v konvenčných lítiových batériách môžu vytvárať kovové dendrity alebo špicaté kovové štruktúry, ktoré sa tvoria na anóde počas nabíjania. „Použitie vodíka ako nosiča náboja môže v zásade zabrániť tvorbe škodlivých kovových dendritov, čo vytvára nové možnosti výskumu v oblasti skladovania a konverzie čistej energie,“ dodali vedci.
Zdroje: Nature, South China Morning Post
(RR)
