科技日報記者 陸成寬

“電池家族”喜添新丁。《自然》雜志17日在線發(fā)表中國科學(xué)家的最新研究成果，來自中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究團隊，開發(fā)了一種新型氫負(fù)離子電解質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上成功研制出全球首塊氫負(fù)離子原型電池。這標(biāo)志著氫負(fù)離子電池實現(xiàn)從原理概念到實驗驗證的跨越。

氫是未來清潔能源體系的重要組成部分，通常以三種形態(tài)存在：氫正離子、氫原子和氫負(fù)離子。其中，氫負(fù)離子反應(yīng)活性強、電子密度高，是一種潛力巨大的能量載體。與目前廣泛使用的鋰離子電池類似，氫負(fù)離子電池也通過離子在正負(fù)極之間的移動實現(xiàn)充放電，只不過“搬運工”從鋰離子變成了氫負(fù)離子。

“然而，由于一直找不到一種能夠兼顧高離子傳導(dǎo)性、高熱和電化學(xué)穩(wěn)定性，并且與電極匹配度高的電解質(zhì)材料，氫負(fù)離子電池長期以來都停留在概念階段。”論文通訊作者、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員陳萍告訴記者。

在這項研究中，研究團隊通過創(chuàng)新設(shè)計，采用“核殼結(jié)構(gòu)”策略，用氫化鋇包裹三氫化鈰，研制出兼具高氫負(fù)離子電導(dǎo)率、低電子電導(dǎo)率、高穩(wěn)定性的氫負(fù)離子電解質(zhì)。基于該材料，團隊成功組裝出氫負(fù)離子原型電池。

實驗數(shù)據(jù)顯示，該電池正極首次放電容量高達(dá)984毫安時/克，充放電循環(huán)20次后仍保持402毫安時/克的容量。團隊進一步搭建了疊層電池，把電壓提升到1.9伏，還成功點亮了LED燈，證明了氫負(fù)離子電池為電子設(shè)備供電的可行性。

陳萍表示，氫負(fù)離子電池是一種全新的儲能技術(shù)路徑，有望在大規(guī)模儲能、儲氫、移動電源等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。未來，團隊將聚焦氫負(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)用場景，為我國綠色能源發(fā)展提供有力技術(shù)支撐。

（中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所供圖）