氫負離子原型電池 圖片來源：中國科學院大連化學物理研究所
氫負離子原型電池示意圖
來自中國科學院大連化學物理研究所的消息顯示，近日，該所陳萍研究員、曹湖軍研究員、張煒進副研究員團隊在氫負離子導體開發(fā)及應用方面取得重要進展，成功研發(fā)出新型氫負離子原型電池。9月17日，相關研究成果發(fā)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(zhì)子）、氫負離子和氫原子三種形式存在。其中，氫負離子電子密度高，易極化、反應性強，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(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，其研發(fā)具有重要的科學意義和應用前景。
2018年，該團隊啟動氫負離子傳導研究，并于2023年提出了“晶格畸變抑制電子電導”策略，研制出室溫超快氫負離子導體。在此基礎上，團隊以低電子傳導且高穩(wěn)定性的氫化鋇（BaH2）薄層包覆穩(wěn)定性較差的三氫化鈰（CeH3），形成了新型核殼結構復合氫化物（3CeH3@BaH2），該材料在室溫下即可展現(xiàn)快速的氫負離子傳導特性，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，該團隊利用經(jīng)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(shù)據(jù)顯示，該電池正極首次放電容量高達984 mAh/g，且經(jīng)過20次充放電循環(huán)后，仍能保持402mAh/g的容量。該團隊進一步搭建了疊層電池，把電壓提升到1.9伏，并點亮了黃色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。
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