我国科研团队研发出新型氢负离子原型电池

氢负离子原型电池 图片来源：中国科学院大连化学物理研究所

氢负离子原型电池示意图

来自中国科学院大连化学物理研究所的消息显示，近日，该所陈萍研究员、曹湖军研究员、张炜进副研究员团队在氢负离子导体开发及应用方面取得重要进展，成功研发出新型氢负离子原型电池。9月17日，相关研究成果发表在《自然》（Nature）上。

氢被认为是未来清洁能源体系的重要组成部分，通常以氢正离子（质子）、氢负离子和氢原子三种形式存在。其中，氢负离子电子密度高，易极化、反应性强，是一种独特且具有巨大潜力的能量载体。氢负离子电池是该领域的重要研究方向。

与目前广泛使用的锂离子电池类似，氢负离子电池利用离子的移动来存储和释放能量。不同的是，这类电池的内部的“搬运工”不再是锂离子，而是氢负离子。然而，由于缺乏能同时满足高离子电导率、低电子电导率、优良热稳定性和电化学稳定性，以及与电极材料良好兼容性的电解质材料，迄今为止，氢负离子电池尚处于原理概念阶段，其研发具有重要的科学意义和应用前景。

2018年，该团队启动氢负离子传导研究，并于2023年提出了“晶格畸变抑制电子电导”策略，研制出室温超快氢负离子导体。在此基础上，团队以低电子传导且高稳定性的氢化钡（BaH₂）薄层包覆稳定性较差的三氢化铈（CeH₃），形成了新型核壳结构复合氢化物（3CeH₃@BaH₂），该材料在室温下即可展现快速的氢负离子传导特性，兼具优异的热稳定性与电化学稳定性，是一种理想的电解质材料。

基于上述新型氢负离子电解质材料，该团队利用经典的储氢材料氢化铝钠（NaAlH₄）作正极，贫氢的二氢化铈（CeH₂）作负极，组装出CeH₂|3CeH₃@BaH₂|NaAlH₄这一氢负离子原型电池。实验数据显示，该电池正极首次放电容量高达984 mAh/g，且经过20次充放电循环后，仍能保持402mAh/g的容量。该团队进一步搭建了叠层电池，把电压提升到1.9伏，并点亮了黄色LED灯，证明了氢负离子电池为电子设备供电的可行性。这标志着我国科研人员实现了氢负离子电池从“原理概念”到“实验验证”的跨越。