我國科學家開發出首例氫負離子原型電池

【環球網科技綜合報道】9月18日消息，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在氫負離子導體開發及其應用方面取得重要進展。團隊開發出新型核殼結構氫負離子電解質，併成功構建了首例氫負離子原型電池。相關成果於北京時間9月17日發表在《自然》（Nature）上。

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（質子）、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，易極化、反應性最強，是一種獨特且具有巨大潛力的能量載體。氫負離子電池是該領域的一個重要研究方向。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，這類電池的內部的“搬運工”不再是鋰離子，而是氫負離子。然而，由於缺乏能同時滿足高離子電導率、低電子電導率、優良熱穩定性和電化學穩定性，以及與電極材料良好兼容性的電解質材料，迄今為止，氫負離子電池尚處於原理概念階段，其研發具有重要的科學意義和應用前景。

2018年，該團隊啓動氫負離子傳導研究，並於2023年提出了“晶格畸變抑制電子電導”策略，研製出室温超快氫負離子導體。在此基礎上，本研究中團隊以低電子傳導且高穩定性的氫化鋇（BaH2）薄層包覆穩定性較差的三氫化鈰（CeH3），形成了一種新型核殼結構複合氫化物（3CeH3@BaH2），該材料在室温下即可展現快速的氫負離子傳導特性，並同時兼具優異的熱穩定性與電化學穩定性，是一種理想的電解質材料。

基於上述新型氫負離子電解質材料，團隊利用經典的儲氫材料氫化鋁鈉（NaAlH4）作正極，貧氫的二氫化鈰（CeH2）作負極，組裝出CeH2|3CeH3@BaH2|NaAlH4這一氫負離子原型電池。實驗數據顯示，該電池正極首次放電容量高達984 mAh/g（毫安時/克），且經過20次充放電循環後，仍能保持402 mAh/g的容量。團隊進一步搭建了疊層電池，把電壓提升到1.9伏，併成功點亮了黃色LED燈，證明了氫負離子電池為電子設備供電的可行性。這標誌着我國科研人員實現了氫負離子電池從“原理概念”到“實驗驗證”的跨越。

氫負離子電池代表了一種全新的儲能技術路徑，有望在大規模儲能、儲氫、移動電源、特種電源等領域發揮重要作用。未來，團隊將聚焦氫負離子電池核心材料的研製和性能的優化，積極拓展應用場景，為我國綠色能源發展提供有力技術支撐。（思瀚）