氫負離子電池代表了一種全新的儲能技術(shù)路徑，有望在大規(guī)模儲能、儲氫、移動電源、特種電源等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

近日，中國科學院大連化學物理研究所陳萍研究員、曹湖軍研究員、張煒進副研究員團隊，成功構(gòu)建了首例氫負離子原型電池。相關(guān)成果于北京時間9月17日發(fā)表在國際學術(shù)期刊《自然》上。

氫負離子原型電池

氫被認為是未來清潔能源體系的重要組成部分，通常以氫正離子、氫負離子和氫原子三種形式存在。其中，氫負離子電子密度最高，是一種獨特且具有巨大潛力的能量載體。

與目前廣泛使用的鋰離子電池類似，氫負離子電池利用離子的移動來存儲和釋放能量。不同的是，這類電池內(nèi)部的“搬運工”不再是鋰離子，而是氫負離子。然而，由于缺乏能同時滿足高離子電導率、低電子電導率、優(yōu)良熱穩(wěn)定性和電化學穩(wěn)定性，以及與電極材料良好兼容性的電解質(zhì)材料，迄今為止，氫負離子電池尚處于原理概念階段。

2018年該團隊啟動氫負離子傳導研究，并于2023年研制出室溫超快氫負離子導體。在此基礎(chǔ)上，研究團隊以低電子傳導且高穩(wěn)定性的氫化鋇薄層包覆穩(wěn)定性較差的三氫化鈰，形成了一種新型核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合氫化物。該材料在室溫下即可展現(xiàn)快速的氫負離子傳導特性，同時兼具優(yōu)異的熱穩(wěn)定性與電化學穩(wěn)定性，是一種理想的電解質(zhì)材料。

基于上述新型氫負離子電解質(zhì)材料，團隊組裝出了氫負離子原型電池。實驗數(shù)據(jù)顯示，該電池正極首次放電容量高達984毫安時/克，且經(jīng)過20次充放電循環(huán)后，仍能保持402毫安時/克的容量。團隊進一步搭建了疊層電池，把電壓提升到1.9伏，成功點亮了黃色LED燈，證明了氫負離子電池為電子設(shè)備供電的可行性。這標志著我國科研人員實現(xiàn)了氫負離子電池從“原理概念”到“實驗驗證”的跨越。

未來，團隊將聚焦氫負離子電池核心材料的研制和性能的優(yōu)化，拓展應(yīng)用場景，為我國綠色能源發(fā)展提供有力技術(shù)支撐。

圖片來源：受訪單位

來源：作者：解放日報 黃海華