中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 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(fā)及其應用方面取得重要進展。團隊開發(fā)出新型核殼結(jié)構(gòu)氫負離子電解質(zhì)，并成功構(gòu)建了首例氫負離子原型電池。相關成果于北京時間9月17日發(fā)表在《自然》（Nature）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（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(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，本研究中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，并同時兼具優(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。

氫負離子原型電池示意圖

基于上述新型氫負離子電解質(zhì)材料，團隊利用經(jīng)典的儲氫材料氫化鋁鈉作正極，貧氫的二氫化鈰作負極，組裝出氫負離子原型電池。實驗數(shù)據(jù)顯示，該電池正極首次放電容量高達984 mAh/g（毫安時/克），且經(jīng)過20次充放電循環(huán)后，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，并成功點亮了黃色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。

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(guī)模儲能、儲氫、移動電源、特種電源等領域發(fā)揮重要作用。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，積極拓展應用場景，為我國綠色能源發(fā)展提供有力技術支撐。