Nicolai Busekist
Forskere har nu bygget verdens første fungerende hydrid-ion-batteri, hvilket kan være starten på en helt ny æra.
Teknologien var i årtier ren teori, men nu findes der for første gang en reel prototype, der kan lades op og aflades stabilt. Det kan blive en potentiel gamechanger inden for sikker og bæredygtig energilagring.
Kinesiske videnskabsfolk står bag denne milepæl: Det første fungerende batteri, der bruger hydride-ioner (H⁻) som ladningsbærere. Dermed åbner de en helt ny vej for energilagring, som ikke bare er sikrere, men også mere bæredygtig.
Undersøgelsen er udført af Dalian Institute of Chemical Physics (DICP), som hører under det Kinesiske Videnskabsakademi. Det skriver det hollandske medie TW.
Ifølge studiet, som er offentliggjort i tidsskriftet Nature, er det første gang, at et koncept, der længe har virket teoretisk, med succes er blevet omsat til en praktisk prototype.
Længe betragtet som urealistisk
Hydrid-ioner har i mange år været betragtet som lovende ladningsbærere til næste generation af batterier. De har lav vægt og høj redoxpotentiale, hvilket gør dem særligt effektive til energilagring.
Samtidig skaber brugen af H-ioner ikke dendritter, som er de farlige metalnåle, der kan opstå i lithiumbatterier og føre til kortslutning eller brand.
Alligevel har det længe været umuligt at anvende dem i praksis. Der manglede nemlig en elektrolyt, som kunne levere både hurtig ion-ledning og samtidig være kemisk og termisk stabil.
Derfor udviklede forskerne, ledet af professor Ping Chen, et nyt materiale: core-shell-hydridelektrolyt. Her blev ceriumtrihydrid (CeH₃) indkapslet i et tyndt lag bariumhydrid (BaH₂). Denne hybride struktur kombinerer fordelene ved begge dele: CeH₃’s høje ionledning og BaH₂’s stabilitet.
Verdens første genopladelige hydrid-ion-batteri
Med denne elektrolyt byggede forskerne verdens første genopladelige hydrid-ion-batteri med en katode af NaAlH₄ og en anode af CeH₂.
Resultaterne var bemærkelsesværdige, da det viste en initial kapacitet på 984 mAh/g ved stuetemperatur og stadig 402 mAh/g efter 20 cyklusser. Til sammenligning ligger kommercielle lithium-ion-batterier typisk på omkring 150-250 mAh/g.
Batteriet kunne desuden levere en spænding på 1,9 volt og var i stand til at tænde en gul LED – en symbolsk, men effektiv demonstration af, at der ikke blot er tale om en teoretisk idé.
Et muligt alternativ til lithium
En vigtig fordel ved hydrid-ioner er, at de ikke danner de farlige dendritter, som kan føre til kortslutninger. Det gør teknologien potentielt mere sikker end de traditionelle lithium-ion-batterier, som ofte forbindes med brandfare og eksplosioner.
Samtidig er de anvendte materialer relativt billige og bredt tilgængelige, hvilket kan mindske afhængigheden af knappe ressourcer som kobolt og lithium. Det er ikke kun økonomisk fordelagtigt, men også geopolitisk vigtigt i en tid, hvor kampen om råstoffer er intensiveret.
Anvendelser og fremtidsudsigter
Forskerne ser et stort potentiale i storskala energilagring til elnettet, men også i vandstoflagring, bærbar elektronik og endda i mobile enheder. Særligt med den globale bevægelse mod en brintbaseret økonomi kan denne batteritype få en nøglerolle i fremtiden.
Dog skal teknologien stadig videreudvikles. Batteriets nuværende cykluslevetid – blot 20 opladningscyklusser – er ikke nok til kommerciel brug.
Spændingsniveauet på 1,9 volt er desuden lavere end lithium-ion-celler, der når op på 4 volt. Alligevel er gennembruddet vigtigt, da det er første gang, at forskere har bevist, at hydrid-ioner kan fungere i et batteri.
