中国科学技術大学（USTC）の陳偉教授率いる研究チームは、水素ガスを陽極として利用する新しい化学電池システムを発表しました。この研究は、アンゲワンテ・ケミー国際版.
水素（H2）は、その優れた電気化学的特性から、安定的かつ費用対効果の高い再生可能エネルギーキャリアとして注目を集めている。しかし、従来の水素ベースの電池は主にH2カソードとして水素を利用すれば、電圧範囲は0.8～1.4Vに制限され、全体的なエネルギー貯蔵容量も制限される。この制限を克服するために、研究チームはH2陽極としてリチウム金属を用いることで、エネルギー密度と動作電圧を大幅に向上させることができました。リチウム金属を陽極として用いることで、電池は優れた電気化学特性を示しました。
Li-Hバッテリーの概略図。（USTC提供画像）
研究者らは、リチウム金属陽極、水素陰極として機能する白金コーティングされたガス拡散層、および固体電解質（リチウム1.3Al0.3Ti1.7（PO4)3（またはLATP）この構成により、不要な化学反応を最小限に抑えながら、リチウムイオンを効率的に輸送することができます。試験の結果、Li-Hバッテリーは理論上のエネルギー密度2825Wh/kgを示し、約3Vの安定した電圧を維持しました。さらに、99.7%という驚異的な往復効率（RTE）を達成し、充放電サイクル中のエネルギー損失を最小限に抑えながら、長期安定性を維持しています。
コスト効率、安全性、製造の簡便性をさらに向上させるため、研究チームは、リチウム金属をあらかじめ組み込む必要がないアノードフリーのLi-H電池を開発しました。この電池は、リチウム塩（LiH2PO4充電中に電解液中にリチウム（LiOH）を蓄える新しいバージョンです。このバージョンは、標準的なLi-Hバッテリーの利点を維持しながら、新たな利点も備えています。クーロン効率（CE）98.5%で、効率的なリチウムめっきと剥離を可能にします。さらに、低水素濃度でも安定して動作するため、高圧水素貯蔵への依存度を低減します。密度汎関数理論（DFT）シミュレーションなどの計算モデル化により、バッテリー電解液内でのリチウムイオンと水素イオンの動きを解明しました。
Li-Hバッテリー技術におけるこの画期的な進歩は、再生可能エネルギー網、電気自動車、さらには航空宇宙技術に至るまで、高度なエネルギー貯蔵ソリューションの新たな可能性を秘めています。従来のニッケル水素バッテリーと比較して、Li-Hシステムはエネルギー密度と効率が向上しており、次世代の電力貯蔵の有力な候補となっています。アノードフリーバージョンは、より費用対効果が高く、拡張性の高い水素ベースバッテリーの基盤となります。
論文リンク:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
（文：鄭子紅、編集：呉玉陽）
投稿日時: 2025年3月12日