Waterstofionbatterij wordt werkelijkheid

Energie

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 18 september 2025

Schematisch diagram van de eerste prototype hydride-ionbatterij. [Afbeelding: DICP]

Hydride-ionbatterij

Wetenschappers zijn erin geslaagd het eerste werkende prototype van een waterstofionbatterij te bouwen - hydride-ionen, of H ^- .

Terwijl de meeste huidige batterijen gebaseerd zijn op de beweging van positieve ionen (kationen), zoals lithium (Li ⁺ ), werken hydridebatterijen met een negatief ion: H ^- .

Dit radicale concept, waarbij een waterstofatoom met een extra elektron als ladingsdrager wordt gebruikt, maakt de weg vrij voor een revolutie in de energiedichtheid en veiligheid van batterijen. Daarmee is het een van de meestbelovende oplossingen voor de volgende generatie energieopslag.

Maar het is ook een van de meest uitdagende, omdat tot nu toe niemand erin was geslaagd een geschikte elektrolyt te synthetiseren – het medium dat ionen van de ene pool van de batterij naar de andere geleidt en zo elektrische stroom opwekt. Het ontbreken van een elektrolyt die effectief negatieve ionen geleidt, thermisch stabiel is en compatibel is met de elektroden, belemmerde de ontwikkeling van dit type batterij.

Jirong Cui en zijn collega's van het Dalian Institute of Physical Chemistry in China hebben deze uitdaging eindelijk overwonnen en de levensvatbaarheid van hun hydride-ion-elektrolyt aangetoond in een werkend prototype van een waterstofbatterij .

Er zijn nog steeds uitdagingen te overwinnen, maar de technologie is veelbelovend. [Afbeelding: Jirong Cui et al. - 10.1038/s41586-025-09561-3]

Elektrolyt voor waterstofbatterij

Het team creëerde een samengestelde elektrolyt, volgens een kern-schilarchitectuur, waarbij een dunne buitenlaag van bariumhydride (BaH ₂ ) een ceriumhydride (CeH ₃ ) kern inkapselt - de verbinding wordt CeH ₃ @BaH ₂ genoemd.

Deze structuur maakt gebruik van de hoge hydride-iongeleiding van CeH ₃ en de stabiliteit van BaH ₂ , waardoor snelle hydride-iongeleiding bij kamertemperatuur mogelijk is, samen met een hoge thermische en elektrochemische stabiliteit.

Onderzoekers hebben een prototype van een volledig vaste-stof hydride-ionbatterij gebouwd met natriumaluminiumhydride (NaAlH ₄ ), een klassiek waterstofopslagmateriaal, als actieve kathodecomponent. De positieve elektrode van de batterij vertoonde een initiële ontladingscapaciteit van 984 mAh/g bij kamertemperatuur.

In een gestapelde configuratie bereikte de bedrijfsspanning 1,9 V, waarmee een ledlamp van stroom werd voorzien, wat praktische toepassingen suggereert. De duurzaamheid blijft echter een probleem: de opslagcapaciteit daalde al na 20 cycli tot 402 mAh/g.

Zeer hoge dichtheid

Het is nog maar het eerste prototype, dat naar verwachting nog aanzienlijk zal verbeteren door onderzoek naar nieuwe materialen en nieuwe combinaties van elektrolyten en elektroden.

En het is de moeite waard. Waterstof is het meest voorkomende element in het heelal, waardoor het potentieel zeer goedkoop en vrijwel onuitputtelijk is, in tegenstelling tot lithium. Bovendien is het hydride-ion extreem licht, wat batterijen de mogelijkheid biedt om een ​​extreem hoge energiedichtheid te bereiken – dat wil zeggen, meer energie op te slaan in minder gewicht.

Veiligheid is een andere belangrijke overweging. In tegenstelling tot lithium-ionbatterijen kunnen hydridebatterijen zo worden ontworpen dat ze stabieler zijn en minder vatbaar voor gevaarlijke reacties.

Maar er zijn ook risico's, aangezien hydride-ionen zeer reactief zijn. Omdat het negatieve ionen met een extra elektron zijn, zijn ze extreem instabiel en geneigd te reageren met andere materialen. Ze moeten daarom in andere verbindingen worden ingekapseld, zoals het Chinese team nu heeft gedaan.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen