近日，中国科学院大连化学物理研究所陈萍研究员、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其应用方面取得重要进展。团队开发出新型核壳结构氢负离子电解质，并成功构建了首例氢负离子原型电池。相关成果于北京时间9月17日发表在《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。氢负离子电池是该领域的一个重要研究方向。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，本研究中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），形成了一种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，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。
基于上述新型氢负离子电解质材料，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（毫安时/克），且经过20次充放电循环后，仍能保持402 mAh/g的容量。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。
氢负离子电池代表了一种全新的储能技术路径，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。未来，团队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，为我国绿色能源发展提供有力技术支撑。
氢负离子原型电池
氢负离子原型电池示意图
（光明日报全媒体记者齐芳、崔兴毅）
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