Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Prof. Chen Wei di Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok (USTC) telah memperkenalkan sistem baterai kimia baru yang menggunakan gas hidrogen sebagai anoda. Studi ini dipublikasikan di jurnalAngewandte Chemie Edisi Internasional.
Hidrogen (H2) telah menarik perhatian sebagai pembawa energi terbarukan yang stabil dan hemat biaya karena sifat elektrokimianya yang menguntungkan. Namun, baterai berbasis hidrogen tradisional terutama memanfaatkan hidrogen2sebagai katoda, yang membatasi rentang tegangannya menjadi 0,8–1,4 V dan membatasi kapasitas penyimpanan energinya secara keseluruhan. Untuk mengatasi keterbatasan ini, tim peneliti mengusulkan pendekatan baru: memanfaatkan H2sebagai anoda untuk meningkatkan kepadatan energi dan tegangan kerja secara signifikan. Ketika dipasangkan dengan logam litium sebagai anoda, baterai menunjukkan kinerja elektrokimia yang luar biasa.
Skema baterai Li−H. (Gambar oleh USTC)
Para peneliti merancang prototipe sistem baterai Li-H, yang menggabungkan anoda logam litium, lapisan difusi gas berlapis platinum yang berfungsi sebagai katoda hidrogen, dan elektrolit padat (Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3, atau LATP). Konfigurasi ini memungkinkan transportasi ion litium yang efisien sekaligus meminimalkan interaksi kimia yang tidak diinginkan. Melalui pengujian, baterai Li-H menunjukkan kepadatan energi teoretis sebesar 2825 Wh/kg, dengan tegangan stabil sekitar 3V. Selain itu, baterai ini mencapai efisiensi bolak-balik (RTE) yang luar biasa sebesar 99,7%, yang menunjukkan kehilangan energi minimal selama siklus pengisian dan pengosongan daya, sekaligus mempertahankan stabilitas jangka panjang.
Untuk lebih meningkatkan efisiensi biaya, keamanan, dan kesederhanaan manufaktur, tim mengembangkan baterai Li-H tanpa anoda yang menghilangkan kebutuhan logam litium pra-instal. Sebagai gantinya, baterai menyimpan litium dari garam litium (LiH2PO4dan LiOH) dalam elektrolit selama pengisian daya. Versi ini mempertahankan keunggulan baterai Li-H standar sekaligus menghadirkan manfaat tambahan. Baterai ini memungkinkan pelapisan dan pengupasan litium yang efisien dengan efisiensi Coulombik (CE) sebesar 98,5%. Selain itu, baterai ini beroperasi secara stabil bahkan pada konsentrasi hidrogen rendah, sehingga mengurangi ketergantungan pada penyimpanan H₂ bertekanan tinggi. Pemodelan komputasional, seperti simulasi Teori Fungsi Kepadatan (DFT), dilakukan untuk memahami bagaimana ion litium dan hidrogen bergerak di dalam elektrolit baterai.
Terobosan dalam teknologi baterai Li-H ini menghadirkan peluang baru bagi solusi penyimpanan energi canggih, dengan potensi aplikasi yang mencakup jaringan energi terbarukan, kendaraan listrik, dan bahkan teknologi kedirgantaraan. Dibandingkan dengan baterai nikel-hidrogen konvensional, sistem Li-H memberikan kepadatan dan efisiensi energi yang lebih tinggi, menjadikannya kandidat kuat untuk penyimpanan daya generasi mendatang. Versi tanpa anoda ini meletakkan fondasi bagi baterai berbasis hidrogen yang lebih hemat biaya dan skalabel.
Tautan Makalah:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Ditulis oleh ZHENG Zihong, Diedit oleh WU Yuyang)
Waktu posting: 12-Mar-2025