Japonya'daki RIKEN Öncü Araştırmalar Kümesi'nde Genki Kobayashi liderliğindeki araştırmacılar, hidrit iyonlarının (H-) oda sıcaklığında taşınması için katı bir elektrolit geliştirdiler. Bu buluş, hidrojen bazlı katı hal pilleri ve yakıt hücrelerinin, pratik bir hidrojen bazlı enerji ekonomisine doğru ilerlemek için gerekli olan gelişmiş güvenlik, verimlilik ve enerji yoğunluğu gibi avantajlarının pratik olarak erişilebilir olduğu anlamına geliyor.

Hidrojen bazlı enerji depolama ve yakıtın daha yaygın hale gelmesi için güvenli, çok verimli ve mümkün olduğunca basit olması gerekmektedir. Elektrikli otomobillerde kullanılan mevcut hidrojen bazlı yakıt hücreleri, enerji üretirken hidrojen protonlarının yakıt hücresinin bir ucundan diğerine bir polimer membran aracılığıyla geçmesine izin vererek çalışır.

Bu yakıt hücrelerinde verimli, yüksek hızlı hidrojen hareketi su gerektirir, bu da membranın kurumaması için sürekli olarak hidratlanması gerektiği anlamına gelir. Bu, batarya ve yakıt hücresi tasarımına ek bir karmaşıklık ve maliyet katmanı ekleyen ve yeni nesil hidrojen bazlı enerji ekonomisinin uygulanabilirliğini sınırlayan bir kısıtlamadır.

Bu sorunun üstesinden gelmek için bilim insanları, özellikle oda sıcaklığında negatif hidrit iyonlarını katı malzemeler aracılığıyla iletmenin bir yolunu bulmaya çalışıyorlar.

Kobayashi şunları söyledi: "Gerçek bir dönüm noktasına ulaştık. Elde ettiğimiz sonuç, oda sıcaklığında hidrit iyonu ileten bir katı elektrolitin ilk gösterimi oldu."

Ekip birkaç nedenden dolayı lantan hidritleri (LaH3-δ) deniyordu; hidrojen nispeten kolay bir şekilde serbest bırakılabilir ve yakalanabilir, hidrit iyon iletimi çok yüksektir, 100 ° C'nin altında çalışabilirler ve kristal bir yapıya sahiptirler.

Ancak, oda sıcaklığında, lantana bağlı hidrojen atomlarının sayısı 2 ile 3 arasında dalgalanır ve bu da verimli bir iletimi imkansız hale getirir. Bu sorun hidrojen stokiyometrisi olarak adlandırılıyor ve yeni çalışmada aşılan en büyük engel oldu.

Araştırmacılar, lantanın bir kısmını stronsiyum (Sr) ile değiştirdiklerinde ve La1-xSrxH3-x-2yOy temel formülü için sadece bir tutam oksijen eklediklerinde, umdukları sonuçları elde ettiler.

Ekip, bilyalı öğütme adı verilen bir işlem kullanarak malzemenin kristal örneklerini hazırladı ve ardından tavlama yaptı. Daha sonra örnekleri oda sıcaklığında incelediler ve hidrit iyonlarını yüksek oranda iletebildiklerini gördüler.

Ardından, formüldeki stronsiyum ve oksijen miktarlarını değiştirerek yeni malzeme ve titanyumdan yapılan katı hal yakıt hücresindeki performansını test ettiler. En az 0,2 stronsiyumluk optimum bir değerle, titanyumun titanyum hidrüre veya TiH2'ye tamamen %100 dönüştüğünü gözlemlediler. Bu da neredeyse sıfır hidrit iyonunun boşa gittiği anlamına geliyor.

Sonuçlar:

Araştırmacılar, yeni malzemenin oda sıcaklığında yüksek verimlilikte hidrit iyonları iletebildiğini gösterdiler. Bu, hidrojen yakıt hücreleri ve pilleri için önemli bir gelişmedir, çünkü suyu ortadan kaldırarak tasarımı basitleştirir ve maliyetleri düşürür.

Araştırmacılar, bir sonraki adımlarının, performansı artırmak ve hidrojeni tersinir bir şekilde emebilen ve serbest bırakabilen elektrot malzemeleri oluşturmak olacağını söylediler. Bu sayede "depolama pilleri" yeniden şarj edilebilecek ve hidrojenin depolanması ve gerektiğinde kolayca serbest bırakılması mümkün olacaktır ki bu da hidrojen bazlı enerji kullanımı için bir gerekliliktir.