中国团队成功研发首例氢负离子原型电池 代表全新储能技术路径

氢被认为是未来清洁能源体系的重要组成部分，其中，氢负离子电池作为一个重要研究方向，长期以来备受关注。

《自然》发表

来自中国科学院大连化学物理研究所(大连化物所)的消息说，该所科研团队历时7年研究攻关，最新成功研发出代表全新储能技术路径、首例氢负离子原型电池，有望在大规模储能、储氢、移动电源、特种电源等领域发挥重要作用。

中国团队成功研发的首例氢负离子原型电池。中国科学院大连化物所 供图

这项新能源领域的突破性成果，由大连化物所陈萍研究员、曹湖军研究员和张炜进副研究员团队研发完成，他们在氢负离子导体开发及其应用方面取得重要进展基础上，开发出新型核壳结构氢负离子电解质，并成功构建首例氢负离子原型电池。北京时间9月17日夜间，相关成果论文在国际知名学术期刊《自然》(Nature)上线发表。

新型材料

科研团队介绍说，氢通常以氢正离子(质子)、氢负离子和氢原子三种形式参与反应，三者之中，氢负离子电子密度最高，易极化、反应性最强，是一种独特且具有巨大潜力的能量载体。

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。

不过，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，氢负离子电池此前一直处于原理概念阶段，相关研发具有重要的科学意义和应用前景。

2018年，大连化物所团队启动氢负离子传导研究，并于2023年提出“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。以此为基础，本项研究以低电子传导且高稳定性的氢化钡薄层包覆稳定性较差的三氢化铈，形成一种新型核壳结构复合氢化物，该新型材料在室温下即可展现快速的氢负离子传导特性，并同时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。

跨越发展

随后，科研团队基于新型氢负离子电解质材料，利用经典的储氢材料氢化铝钠作正极，贫氢的二氢化铈作负极，成功研发组装氢负离子原型电池。实验数据显示，该电池正极首次放电容量高达984毫安时/克(mAh/g)，且经过20次充放电循环后，仍能保持402毫安时/克的容量。

首例氢负离子原型电池相关工作原理示意图。中国科学院大连化物所 供图

科研团队进一步搭建了叠层电池，把电压提升到1.9伏，并成功点亮LED灯，证明氢负离子电池为电子设备供电的可行性，这标志着中国团队实现了氢负离子电池从“原理概念”到“实验验证”的跨越发展。

科研团队透露，未来将聚焦氢负离子电池核心材料的研制和性能的优化，积极拓展应用场景，为中国绿色能源发展提供有力技术支撑。