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氢负离子电池:全新储能技术路径,自然发表重大成果

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氢离子电池属于一种创新型的储能方式,具备潜力在大型储能设施、氢气储存、便携式电源以及特殊用途电源等众多方面扮演关键角色。

最近,中国科学院大连化学物理研究所的陈萍研究员、曹湖军研究员以及张炜进副研究员组成的团队,研发出首个氢负离子原型电池,这一发现于9月17日通过北京时间,在《自然》这一国际学术期刊上公布。

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氢负离子原型电池

氢被视为未来洁净能源体系的关键构成,常以氢正离子、氢负离子及氢原子三种形态存在,氢负离子电子密度最为密集,是一种特殊且极具发展前景的能量媒介。

氢负离子电池和锂离子电池一样,都是依靠离子迁移来储存和释放能量。但两者不同之处在于,前者的内部载体是氢负离子,而非锂离子。然而,至今仍缺少能同时具备高离子传导性、低电子传导性、良好热稳定性和电化学稳定性,并且能与电极材料相容的电解质材料。因此,氢负离子电池目前还停留在理论探讨阶段。

2018年,这个集体开始探索氢负离子的传输机制,到2023年,他们成功开发出在常温下具备超快速传导氢负离子的材料。此后,科研人员选用电子传导能力弱但耐久性强的氢化钡膜层,包裹了化学稳定性欠佳的三氢化铈,由此制造出一种具有创新性的核壳式复合氢化物材料。这种物质在常温环境中就能表现出迅速的氢负离子传输能力,并且拥有出色的耐热性能和电化学性能,是一种非常合适的电解质材料。

根据前述研发的新型氢负离子电解质材料,该研究小组构建了氢负离子电池原型,测试结果表明,该电池正极初次放电时的容量可达到984毫安时每克,并且在完成20次充放电过程后,容量依然维持在402毫安时每克,展现出良好的循环稳定性,该研究团队还制作了多层电池,将电压提升至1.9伏,并利用该电池点亮了黄色LED灯,验证了氢负离子电池为电子设备提供能量的实际应用潜力这表明我国科研工作者完成了氢负离子电池从理论构想到实际检验的转换。

往后,集体的中心任务在于开发氢负离子电池的关键材料,并提升其各项指标,同时扩大其使用范围,从而为我国环保能源事业贡献关键性的技术力量。

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