“气固电池”问世！实现常温常压高效储氢

氢能汇获悉，气固电池近日，问世中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）团队构建了全球首例以氢气和金属为电极的实现气?固氢负离子原型电池（以下简称“气固电池”）。该电池充氢放电、常温常压储氢充电放氢，高效以“氢电共储”的气固电池方式，为常温、问世常压、实现高效的常温常压储氢储氢提供了原型验证。

氢负离子是高效氢的"富电子"态。以氢负离子作为载流子，气固电池能够兼具高反应性和高能量等特征，问世是实现发展下一代全固态电池的关键路径之一。然而，常温常压储氢氢负离子在自然条件下极不稳定，高效科学家很难利用它直接参与电化学储能。

该团队利用金属镁和氢气分别作为负极和正极活性物质，组装出首例可在宽温域工作的气-固氢负离子电池。这种电池让氢负离子在为电池提供高能量的同时，巧妙地与电化学储氢衔接，电池在放电时，氢气在正极被还原为氢负离子，金属在负极被氧化为阳离子形成金属氢化物；充电时，两极分别释放氢气分子和再生金属，实现了边充放电、边储放氢。

实验结果显示：充氢时，该电池初始放电容量高达1526毫安时/克；而当施加0.3伏电压时，可在室温下释放出重量比约6.0%的氢气（以电极中MgH2计）；该电池循环60次后容量保持率超过70%，并且在低至-20度和高达90度的范围内均可正常工作。进一步，团队将10个单电池堆叠成串联电池组，输出电压超过2.4伏，成功点亮了LED灯泡，标志着气-固氢负离子原型电池的问世。能效分析结果进一步表明，该“氢电共储”体系的能量利用效率可达93.9%，比传统热储氢提升了三分之一。

这一原创性成果为破解横亘氢能利用中半个多世纪的核心技术难题——储氢，提供了全新的技术路线，摆脱了传统储氢所需的高压（700atm）或深冷（-253°C）等极端条件，有望催生新型储氢技术。

未来，团队将聚力发展更高性能氢负离子导体和电极材料，提升电池性能，形成专有技术，加快氢负离子电池向实用化迈进，推动氢能产业的发展。

科普一下：氢负离子

氢（H）是结构最简单的原子，由一个质子和一个电子组成。当氢原子失去它唯一的电子时，便成为了常见的氢质子（H?），也就是我们常说的氢离子。但氢还有一种特殊形态——氢负离子（H?），即氢原子额外获得一个电子，形成了带负电的离子。

作为宇宙中最小的原子，氢原子的“核心”只有一个质子，带的正电很少，吸引力很弱，它只能牢牢抓住一个电子。如果再硬塞给它一个电子，形成带负电的氢离子（H?），这个小小的原子核就“管不住”两个互相排斥的电子了。另外，这两个带负电的电子挤在极小的空间里，会强烈地互相推开，导致整个结构非常不稳定。因此，氢负离子就像一颗“电子炸弹”，很容易就把多余的那个电子扔给周围的其它物质，从而表现出很强的还原性。

尽管“罕见”，氢负离子却在许多科学过程中扮演重要角色。例如，它活跃于高温化学反应、星际空间演化以及氢能源技术（如储氢、氢负离子电池）等领域。在自然界中，氢负离子通常只能在极端环境中存在，例如恒星大气内部或受控的实验室装置里。

来源：中国科学院大连化物所

(责任编辑：探索)