中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：氫被認(rèn)為是未來(lái)清潔能源體系的重要組成部分，其中，氫負(fù)離子電池作為一個(gè)重要研究方向，長(zhǎng)期以來(lái)備受關(guān)注。
《自然》發(fā)表
來(lái)自中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(大連化物所)的消息說(shuō)，該所科研團(tuán)隊(duì)歷時(shí)7年研究攻關(guān)，最新成功研發(fā)出代表全新儲(chǔ)能技術(shù)路徑、首例氫負(fù)離子原型電池，有望在大規(guī)模儲(chǔ)能、儲(chǔ)氫、移動(dòng)電源、特種電源等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
中國(guó)團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)的首例氫負(fù)離子原型電池。中國(guó)科學(xué)院大連化物所 供圖
這項(xiàng)新能源領(lǐng)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(jìn)副研究員團(tuán)隊(duì)研發(fā)完成，他們?cè)跉湄?fù)離子導(dǎo)體開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用方面取得重要進(jìn)展基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出新型核殼結(jié)構(gòu)氫負(fù)離子電解質(zhì)，并成功構(gòu)建首例氫負(fù)離子原型電池。北京時(shí)間9月17日夜間，相關(guān)成果論文在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)上線(xiàn)發(fā)表。
新型材料
科研團(tuán)隊(duì)介紹說(shuō)，氫通常以氫正離子(質(zhì)子)、氫負(fù)離子和氫原子三種形式參與反應(yīng)，三者之中，氫負(fù)離子電子密度最高，易極化、反應(yīng)性最強(qiáng)，是一種獨(dú)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(lèi)似，氫負(fù)離子電池利用離子的移動(dòng)來(lái)存儲(chǔ)和釋放能量。不同的是，這類(lèi)電池的內(nèi)部的“搬運(yùn)工”不再是鋰離子，而是氫負(fù)離子。
不過(guò)，由于缺乏能同時(shí)滿(mǎn)足高離子電導(dǎo)率、低電子電導(dǎo)率、優(yōu)良熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，以及與電極材料良好兼容性的電解質(zhì)材料，氫負(fù)離子電池此前一直處于原理概念階段，相關(guān)研發(fā)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。
2018年，大連化物所團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)氫負(fù)離子傳導(dǎo)研究，并于2023年提出“晶格畸變抑制電子電導(dǎo)”策略，研制出室溫超快氫負(fù)離子導(dǎo)體。以此為基礎(chǔ)，本項(xiàng)研究以低電子傳導(dǎo)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(jié)構(gòu)復(fù)合氫化物，該新型材料在室溫下即可展現(xiàn)快速的氫負(fù)離子傳導(dǎo)特性，并同時(shí)兼具優(yōu)異的熱穩(wěn)定性與電化學(xué)穩(wěn)定性，是一種理想的電解質(zhì)材料。
跨越發(fā)展
隨后，科研團(tuán)隊(duì)基于新型氫負(fù)離子電解質(zhì)材料，利用經(jīng)典的儲(chǔ)氫材料氫化鋁鈉作正極，貧氫的二氫化鈰作負(fù)極，成功研發(fā)組裝氫負(fù)離子原型電池。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該電池正極首次放電容量高達(dá)984毫安時(shí)/克(mAh/g)，且經(jīng)過(guò)20次充放電循環(huán)后，仍能保持402毫安時(shí)/克的容量。
首例氫負(fù)離子原型電池相關(guān)工作原理示意圖。中國(guó)科學(xué)院大連化物所 供圖
科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步搭建了疊層電池，把電壓提升到1.9伏，并成功點(diǎn)亮LED燈，證明氫負(fù)離子電池為電子設(shè)備供電的可行性，這標(biāo)志著中國(guó)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了氫負(fù)離子電池從“原理概念”到“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的跨越發(fā)展。
科研團(tuán)隊(duì)透露，未來(lái)將聚焦氫負(fù)離子電池核心材料的研制和性能的優(yōu)化，積極拓展應(yīng)用場(chǎng)景，為中國(guó)綠色能源發(fā)展提供有力技術(shù)支撐。
