中科院大连化物所氢负离子电池研发获突破 成功构建全球首例气-固原型电池

5月13日，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）正式宣布，该所陈萍研究员团队在新型氢负离子电池的研发与功能开拓领域取得关键性重要进展，成功构建出全球首例以氢气和金属为电极的气‑固氢负离子原型电池，这一原创性成果打破了氢负离子电池研发的技术瓶颈，为氢能高效存储与电化学储能领域的发展开辟了全新路径，相关研究成果已于北京时间5月13日发表在国际知名学术期刊《焦耳》（Joule）上。

氢作为未来清洁能源体系的核心组成部分，其高效存储与转化一直是全球科研领域的重点攻关方向，而氢负离子作为氢的“富电子”态，兼具高反应性和高能量特性，被认为是发展下一代全固态电池的关键路径之一。但由于氢负离子在自然条件下极不稳定，难以直接参与电化学储能，长期以来，氢负离子电池的研发始终停留在原理概念阶段，如何实现氢负离子的稳定传导与高效利用，成为横亘在科研人员面前的核心难题。

陈萍研究员团队深耕氢化物化学领域二十余年，在储氢材料、催化固氮及氢负离子传导等领域持续深耕，自2018年起正式启动氢负离子传导相关研究，于2023年提出“晶格畸变抑制电子电导”策略，研制出低温超快氢负离子导体，为后续原型电池的构建奠定了坚实基础。在此基础上，团队进一步创新构想，突破传统电池结构局限，利用金属镁和氢气分别作为负极和正极活性物质，成功组装出全球首例可在宽温域工作的气-固氢负离子原型电池，实现了氢负离子电池从“原理探索”到“原型验证”的重要跨越。

据悉，这款新型气-固氢负离子原型电池采用独特的“氢电共储”模式，实现了充氢放电、充电放氢的协同运作：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并形成金属氢化物；充电时，两极分别释放氢气分子和再生金属，真正实现了边充放电、边储放氢的全新功能。实验数据显示，该电池在充氢状态下的初始放电容量高达1526毫安时/克，仅施加0.3伏电压，就能在室温下释放出重量比约6.0%的氢气，且环境适应性极强，在-20摄氏度至90摄氏度的宽温域内均可稳定运行，循环60次后容量保持率仍超过70%。

为验证该原型电池的实际应用可行性，研究团队将10个单电池堆叠成串联电池组，其输出电压超过2.4伏，成功点亮LED灯泡，充分证明了该技术的实用性。能效分析结果进一步表明，这种“氢电共储”体系的能量利用效率可达93.9%，相比传统热储氢方式提升了三分之一，大幅突破了传统储氢技术需依赖高压（700大气压）或深冷（-253摄氏度）等极端条件的局限，为常温、常压、高效储氢提供了全新技术路线。

据介绍，该成果不仅破解了氢能利用中半个多世纪以来的储氢核心难题，还为新型氢负离子电池的实用化发展奠定了基础。未来，陈萍研究员团队将继续聚焦更高性能氢负离子导体和电极材料的研发，持续优化电池性能、完善技术体系，加快推进氢负离子电池向产业化、实用化迈进，助力我国氢能产业高质量发展，为全球清洁能源转型提供重要技术支撑。