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近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）陳萍研究員團(tuán)隊(duì)在新型氫負(fù)離子電池的研發(fā)和功能開拓上取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了全球首例以氫氣和金屬為電極的氣-固氫負(fù)離子原型電池。該電池充氫放電、充電放氫，以“氫電共儲(chǔ)”的方式，為常溫、常壓、高效儲(chǔ)氫提供了原型驗(yàn)證，為破解橫亙氫能利用中半個(gè)多世紀(jì)的核心技術(shù)難題提供了全新技術(shù)路線，相關(guān)成果于北京時(shí)間5月13日發(fā)表在《焦耳》上。

氫負(fù)離子是氫的“富電子”態(tài)。以氫負(fù)離子作為載流子，能夠兼具高反應(yīng)性和高能量等特征，是發(fā)展下一代全固態(tài)電池的關(guān)鍵路徑之一。然而，氫負(fù)離子在自然條件下極不穩(wěn)定，科學(xué)家很難利用它直接參與電化學(xué)儲(chǔ)能。陳萍團(tuán)隊(duì)自2018年起開展氫負(fù)離子傳導(dǎo)研究，于2023年構(gòu)建出新型氫負(fù)離子電解質(zhì)材料，使氫負(fù)離子得以在低溫條件下穩(wěn)定傳導(dǎo)，隨后于2025年開發(fā)出首例全固態(tài)氫負(fù)離子原型電池。團(tuán)隊(duì)基于氫負(fù)離子取得的系列成果，進(jìn)一步提出了“氣-固氫負(fù)離子電池”的構(gòu)想。

團(tuán)隊(duì)利用金屬鎂和氫氣分別作為負(fù)極和正極活性物質(zhì)，組裝出首例可在寬溫域工作的氣-固氫負(fù)離子電池。這種電池讓氫負(fù)離子在為電池提供高能量的同時(shí)，巧妙地與電化學(xué)儲(chǔ)氫銜接，電池在放電時(shí)，氫氣在正極被還原為氫負(fù)離子，金屬在負(fù)極被氧化為陽離子形成金屬氫化物；充電時(shí)，兩極分別釋放氫氣分子和再生金屬，實(shí)現(xiàn)了邊充放電、邊儲(chǔ)放氫。

團(tuán)隊(duì)將10個(gè)單電池堆疊成串聯(lián)電池組，輸出電壓超過2.4伏，成功點(diǎn)亮了LED燈泡，標(biāo)志著氣-固氫負(fù)離子原型電池的問世。能效分析結(jié)果進(jìn)一步表明，該“氫電共儲(chǔ)”體系的能量利用效率可達(dá)93.9%，比傳統(tǒng)熱儲(chǔ)氫提升了三分之一。

這一原創(chuàng)性成果為破解儲(chǔ)氫這一橫亙氫能利用中半個(gè)多世紀(jì)的核心技術(shù)難題，提供了全新的技術(shù)路線，擺脫了傳統(tǒng)儲(chǔ)氫所需的高壓等極端條件，有望催生新型儲(chǔ)氫技術(shù)。未來，團(tuán)隊(duì)將聚力發(fā)展更高性能氫負(fù)離子導(dǎo)體和電極材料，提升電池性能，形成專有技術(shù)，加快氫負(fù)離子電池向?qū)嵱没~進(jìn)，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。