中國儲能網訊：氫被認為是未來清潔能源體系的重要組成部分，其中，氫負離子電池作為一個重要研究方向，長期以來備受關注。
《自然》發(fā)表
來自中國科學院大連化學物理研究所(大連化物所)的消息說，該所科研團隊歷時7年研究攻關，最新成功研發(fā)出代表全新儲能技術路徑、首例氫負離子原型電池，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。
中國團隊成功研發(fā)的首例氫負離子原型電池。中國科學院大連化物所 供圖
這項新能源領域的突破性成果，由大連化物所陳萍研究員、曹湖軍研究員和張煒進副研究員團隊研發(fā)完成，他們在氫負離子導體開發(fā)及其應用方面取得重要進展基礎上，開發(fā)出新型核殼結構氫負離子電解質，并成功構建首例氫負離子原型電池。北京時間9月17日夜間，相關成果論文在國際知名學術期刊《自然》(Nature)上線發(fā)表。
新型材料
科研團隊介紹說，氫通常以氫正離子(質子)、氫負離子和氫原子三種形式參與反應，三者之中，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。
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。
不過，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材料，氫負離子電池此前一直處于原理概念階段，相關研發(fā)具有重要的科學意義和應用前景。
2018年，大連化物所團隊啟動氫負離子傳導研究，并于2023年提出“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。以此為基礎，本項研究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，形成一種新型核殼結構復合氫化物，該新型材料在室溫下即可展現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材料。
跨越發(fā)展
隨后，科研團隊基于新型氫負離子電解質材料，利用經典的儲氫材料氫化鋁鈉作正極，貧氫的二氫化鈰作負極，成功研發(fā)組裝氫負離子原型電池。實驗數據顯示，該電池正極首次放電容量高達984毫安時/克(mAh/g)，且經過20次充放電循環(huán)后，仍能保持402毫安時/克的容量。
首例氫負離子原型電池相關工作原理示意圖。中國科學院大連化物所 供圖
科研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LED燈，證明氫負離子電池為電子設備供電的可行性，這標志著中國團隊實現了氫負離子電池從“原理概念”到“實驗驗證”的跨越發(fā)展。
科研團隊透露，未來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，為中國綠色能源發(fā)展提供有力技術支撐。
