中国科学家突破储能技术瓶颈：首例氢负离子原型电池问世

中国科学院大连化学物理研究所陈萍研究员、曹湖军研究员及张炜进副研究员团队，在氢能领域取得里程碑式突破。该团队历时七年攻关，成功开发出新型核壳结构氢负离子电解质材料，并构建出全球首例氢负离子原型电池，相关成果于北京时间2025年9月17日晚在国际顶级学术期刊《自然》发表。这一突破标志着我国在新型储能技术领域实现从理论模型到实验室原型的跨越，为清洁能源存储与转化开辟全新路径。

核壳结构破解电解质难题

氢负离子（H⁻）作为氢的三种存在形态之一，因其电子密度高、反应活性强，被视为极具潜力的能量载体。然而，氢负离子电池的研发长期受制于电解质材料的性能瓶颈——传统材料难以同时满足高离子电导率、低电子电导率、热稳定性及电化学稳定性等严苛要求。

研究团队创新性提出“核壳结构复合氢化物”设计理念，以热稳定性较差的三氢化铈（CeH₃）为核心，外层包覆低电子传导、高稳定性的氢化钡（BaH₂）薄层，形成3CeH₃@BaH₂复合材料。该结构通过晶格畸变抑制电子传导，使电子电导率较纯CeH₃下降五个数量级，同时保持氢负离子在室温下的超快传导特性（电导率达10⁻³ S/cm量级）。实验数据显示，该材料在-40℃至80℃宽温域内均能稳定工作，且与电极材料的兼容性显著优于传统电解质。


氢负离子原型电池

原型电池验证技术可行性

基于新型电解质，团队采用氢化铝钠（NaAlH₄）为正极、贫氢二氢化铈（CeH₂）为负极，构建出CeH₂|3CeH₃@BaH₂|NaAlH₄原型电池。测试结果表明，该电池正极首次放电容量高达984 mAh/g，20次循环后容量保持率仍达40.8%，叠层电池输出电压提升至1.9伏，成功点亮黄色LED灯，直观验证了氢负离子电池为电子设备供电的可行性。

研究团队指出，氢负离子电池的充放电机制与锂离子电池类似，但能量载体由Li⁺替换为H⁻。由于氢负离子质量仅为锂离子的1/7，理论上可实现更高的能量密度；同时，氢化物材料储氢密度远超传统锂盐，在储氢与储能一体化领域具有独特优势。


氢负离子原型电池示意图

从实验室到产业化的跨越

该成果的突破性意义在于首次将氢负离子电池从概念验证推向工程化阶段。陈萍研究员表示：“我们不仅解决了电解质材料的核心难题，更构建了完整的电池体系，这为后续性能优化和规模化应用奠定了基础。”目前，团队正聚焦于提升电池循环寿命、降低材料成本，并探索其在大规模储能、移动电源及特种电源等领域的应用场景。

国际能源领域专家评价称，氢负离子电池代表了一条区别于锂离子电池、液流电池及氢燃料电池的全新技术路径，其成功研发有望缓解我国对锂资源的依赖，并为可再生能源消纳提供高效解决方案。随着技术的持续迭代，这一“中国方案”或将重塑全球储能产业格局。

据悉，该研究得到国家自然科学基金委员会、中国科学院及辽宁省科技厅的联合资助，相关专利已进入实质审查阶段。团队计划在三年内完成中试放大，推动氢负离子电池技术从实验室走向产业化应用。