5 月 14 日消息，中國科學(xué)院大連化物所昨晚宣布，該所陳萍研究員團(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、高效的儲(chǔ)氫提供了原型驗(yàn)證。相關(guān)成果于北京時(shí)間 5 月 13 日發(fā)表在《焦耳》（Joule）上。

注：氫（H）是結(jié)構(gòu)最簡單的原子，由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子組成。氫原子額外獲得一個(gè)電子，形成了帶負(fù)電的離子（H?）。氫負(fù)離子活躍于高溫化學(xué)反應(yīng)、星際空間演化以及氫能源技術(shù)（如儲(chǔ)氫、氫負(fù)離子電池）等領(lǐng)域。

據(jù)介紹，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。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：充氫時(shí)，該電池初始放電容量高達(dá) 1526 毫安時(shí) / 克；而當(dāng)施加 0.3 伏電壓時(shí)，可在室溫下釋放出重量比約 6.0% 的氫氣（以電極中 MgH2 計(jì)）；該電池循環(huán) 60 次后容量保持率超過 70%，并且在低至-20 度和高達(dá) 90 度的范圍內(nèi)均可正常工作。

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將 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)性成果為破解橫亙氫能利用中半個(gè)多世紀(jì)的核心技術(shù)難題 —— 儲(chǔ)氫，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（700 atm）或深冷（-253°C）等極端條件，有望催生新型儲(chǔ)氫技術(shù)。

相關(guān)研究成果以“A gas-solid hydride ion battery and a hydrogen-electricity co-storage system”為題發(fā)表在《焦耳》上。該工作的第一作者為 DNL1901 組群博士研究生王上上。上述工作得到了遼寧省科技重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、遼寧濱海實(shí)驗(yàn)室、該所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的支持。