氫能匯獲悉，近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“大連化物所”）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（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“氣固電池”）。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。

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。

該團(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(yáng)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(guò)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。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)將10個(gè)單電池堆疊成串聯(lián)電池組，輸出電壓超過(guò)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(wèn)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（700atm）或深冷（-253°C）等極端條件，有望催生新型儲(chǔ)氫技術(shù)。

未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將聚力發(fā)展更高性能氫負(fù)離子導(dǎo)體和電極材料，提升電池性能，形成專(zhuān)有技術(shù)，加快氫負(fù)離子電池向?qū)嵱没~進(jìn)，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

科普一下：氫負(fù)離子

氫（H）是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的原子，由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子組成。當(dāng)氫原子失去它唯一的電子時(shí)，便成為了常見(jiàn)的氫質(zhì)子（H?），也就是我們常說(shuō)的氫離子。但氫還有一種特殊形態(tài)——?dú)湄?fù)離子（H?），即氫原子額外獲得一個(gè)電子，形成了帶負(fù)電的離子。

作為宇宙中最小的原子，氫原子的“核心”只有一個(gè)質(zhì)子，帶的正電很少，吸引力很弱，它只能牢牢抓住一個(gè)電子。如果再硬塞給它一個(gè)電子，形成帶負(fù)電的氫離子（H?），這個(gè)小小的原子核就“管不住”兩個(gè)互相排斥的電子了。另外，這兩個(gè)帶負(fù)電的電子擠在極小的空間里，會(huì)強(qiáng)烈地互相推開(kāi)，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)非常不穩(wěn)定。因此，氫負(fù)離子就像一顆“電子炸彈”，很容易就把多余的那個(gè)電子扔給周?chē)钠渌镔|(zhì)，從而表現(xiàn)出很強(qiáng)的還原性。

盡管“罕見(jiàn)”，氫負(fù)離子卻在許多科學(xué)過(guò)程中扮演重要角色。例如，它活躍于高溫化學(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。在自然界中，氫負(fù)離子通常只能在極端環(huán)境中存在，例如恒星大氣內(nèi)部或受控的實(shí)驗(yàn)室裝置里。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院大連化物所