Los investigadores de Science Tokio desarrollaron una batería de hidrógeno que almacena y libera hidrógeno a solo 90 ° C moviendo los iones de hidruro a través de un electrolito sólido, ofreciendo una alternativa segura, eficiente y reversible a los métodos tradicionales de alta temperatura. Crédito: Instituto de Ciencias Tokio
Investigadores de Japón han desarrollado una batería de hidrógeno que funciona a solo 90 ° C, superando los límites de alta temperatura y de baja capacidad de los métodos anteriores.
El dispositivo funciona moviendo los iones de hidruro a través de un electrolito sólido, lo que permite el hidruro de magnesio, que actúa como el ánodo, almacenan y libera repetidamente hidrógeno a plena capacidad. Esta batería ofrece una forma práctica de almacenar combustible de hidrógeno, allanando el camino para vehículos con hidrógeno y sistemas de energía limpia.
Uno de los desafíos más apremiantes que enfrenta el uso de hidrógeno es su almacenamiento, que generalmente requiere temperaturas extremadamente bajas (-252.8 ° C) y altas presiones (350 a 700 bar). En lugar de almacenar hidrógeno como gas o líquido, un enfoque más efectivo es almacenarlo en materiales sólidos como el hidruro de magnesio (MGH2), que tiene una alta capacidad de almacenamiento teórico.
Este material se puede integrar en un sistema similar a la batería donde, en lugar de solo electrones en movimiento, el hidrógeno en sí se almacena y libera durante la carga y descarga.
Hasta hace poco, este enfoque estaba limitado por la necesidad de altas temperaturas de funcionamiento superiores a 300 ° C, una mala reversibilidad de la absorción y desorción de hidrógeno, y reacciones laterales no deseadas que redujeron el rendimiento.
En un desarrollo significativo que puede abrir la puerta a aplicaciones prácticas, los investigadores del Instituto de Ciencias Tokio (Science Tokyo), Japón, han desarrollado una batería de hidrógeno que puede funcionar a temperaturas mucho más bajas, alrededor de 90 ° C.
El estudio, publicado En la revista Science, fue dirigido por un equipo de investigación dirigido por el científico de investigación Dr. Takashi Hirose, el profesor asistente Naoki Matsui y el profesor del Instituto Ryoji Kanno en el Centro de Investigación de la Batería All-Solid-State, el Instituto de Ciencias, Tokio.
“Demostramos el funcionamiento de una batería MG – H2 como un dispositivo de almacenamiento de energía de hidrógeno seguro y eficiente, logrando alta capacidad, baja temperatura y absorción y liberación de gas de hidrógeno reversible”, dice Matsui.
La novedad de esta batería se encuentra en su electrolito sólido, BA0.5CA0.35NA0.15H1.85, que puede transportar iones de hidrógeno, específicamente iones de hidruro (H-), de manera eficiente. Este material tiene una estructura cristalina de tipo anti-α-Agi, bien conocida por su conductividad superiónica.
En esta estructura, el bario, el calcio y el sodio ocupan posiciones centradas en el cuerpo, mientras que H-se mueve a través de sitios tetraédricos y octaédricos compartidos, lo que les permite migrar libremente. Las pruebas mostraron que el material tiene una alta conductividad iónica a temperatura ambiente (2.1 × 10-5 s CM-1) y estabilidad electroquímica, lo que hace que el sistema sea efectivo para el almacenamiento y liberación de hidrógeno a largo plazo.
El diseño de la batería utiliza MGH2 como el ánodo y el gas de hidrógeno (H2) como cátodo. Durante la carga, MGH2 libera H–, que migra a través del electrodo BA0.5CA0.35NA0.15H1.85 al electrodo H2, donde se oxidan para liberar gas H2.
Durante la descarga, se produce el reverso: el gas H2 en el cátodo se reduce a H -, que se mueve a través del electrolito al ánodo y reacciona con Mg para formar MGH2.
Este proceso permite que la celda almacene y libere H2 cuando sea necesario, todas a temperaturas manejables por debajo de 100 ° C. Usando esta célula, los investigadores pudieron alcanzar la capacidad de almacenamiento teórico total de MGH2, aproximadamente 2,030 mAh G-1, equivalente a 7.6% en peso de H2, sobre ciclos repetidos.
Los métodos tradicionales de almacenamiento de hidrógeno de estado sólido han enfrentado limitaciones importantes. La absorción y desorción basadas en el calor requirieron temperaturas de funcionamiento muy altas entre 300 y 400 ° C para liberar o capturar hidrógeno, lo que hizo que el proceso fuera intencionado por la energía y poco práctico para el uso diario.
Un enfoque alternativo que utiliza almacenamiento electroquímico con electrolitos líquidos a temperaturas más bajas sufría un mal transporte de hidrógeno, lo que significaba que los materiales no podían lograr en ningún lugar cerca de sus capacidades teóricas de almacenamiento. Como resultado, ambos enfoques no lograron proporcionar una solución eficiente, reversible y de baja temperatura para el almacenamiento de hidrógeno.
“Estas propiedades de nuestra batería de almacenamiento de hidrógeno eran previamente inalcanzables a través de métodos térmicos convencionales o electrolitos líquidos, que ofrecen una base para sistemas de almacenamiento de hidrógeno eficientes adecuados para su uso como portadores de energía”, explica Hirose.
Dicha batería podría ser clave para un futuro con hidrógeno, lo que permite vehículos con hidrógeno e industrias sin carbono.
Más información: Takashi Hirose et al, almacenamiento de hidrógeno reversible de alta capacidad utilizando electrolitos sólidos que conducen H, ciencia (2025). Doi: 10.1126/science.adw1996. www.science.org/doi/10.1126/science.adw1996
Proporcionado por el Instituto de Ciencias Tokio
Cita: Superar las barreras del almacenamiento de hidrógeno con una batería de hidrógeno a baja temperatura (2025, 18 de septiembre) Recuperado el 18 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-barriers-hydrogen-storage-battery.html
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