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中國科學院大連化學物理研究所陳萍研究員、曹湖軍研究員及張煒進副研究員團隊，在氫能領(lǐng)域取得里程碑式突破。該團隊歷時七年攻關(guān)，成功開發(fā)出新型核殼結(jié)構(gòu)氫負離子電解質(zhì)材料，并構(gòu)建出全球首例氫負離子原型電池，相關(guān)成果于北京時間2025年9月17日晚在國際頂級學術(shù)期刊《自然》發(fā)表。這一突破標志著我國在新型儲能技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從理論模型到實驗室原型的跨越，為清潔能源存儲與轉(zhuǎn)化開辟全新路徑。 核殼結(jié)構(gòu)破解電解質(zhì)難題 氫負離子（H⁻）作為氫的三種存在形態(tài)之一，因其電子密度高、反應(yīng)活性強，被視為極具潛力的能量載體。然而，氫負離子電池的研發(fā)長期受制于電解質(zhì)材料的性能瓶頸——傳統(tǒng)材料難以同時滿足高離子電導率、低電子電導率、熱穩(wěn)定性及電化學穩(wěn)定性等嚴苛要求。 研究團隊創(chuàng)新性提出“核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合氫化物”設(shè)計理念，以熱穩(wěn)定性較差的三氫化鈰（CeH₃）為核心，外層包覆低電子傳導、高穩(wěn)定性的氫化鋇（BaH₂）薄層，形成3CeH₃@BaH₂復(fù)合材料。該結(jié)構(gòu)通過晶格畸變抑制電子傳導，使電子電導率較純CeH₃下降五個數(shù)量級，同時保持氫負離子在室溫下的超快傳導特性（電導率達10⁻³ S/cm量級）。實驗數(shù)據(jù)顯示，該材料在-40℃至80℃寬溫域內(nèi)均能穩(wěn)定工作，且與電極材料的兼容性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)電解質(zhì)。 
氫負離子原型電池 原型電池驗證技術(shù)可行性 基于新型電解質(zhì)，團隊采用氫化鋁鈉（NaAlH₄）為正極、貧氫二氫化鈰（CeH₂）為負極，構(gòu)建出CeH₂|3CeH₃@BaH₂|NaAlH₄原型電池。測試結(jié)果表明，該電池正極首次放電容量高達984 mAh/g，20次循環(huán)后容量保持率仍達40.8%，疊層電池輸出電壓提升至1.9伏，成功點亮黃色LED燈，直觀驗證了氫負離子電池為電子設(shè)備供電的可行性。 研究團隊指出，氫負離子電池的充放電機制與鋰離子電池類似，但能量載體由Li⁺替換為H⁻。由于氫負離子質(zhì)量僅為鋰離子的1/7，理論上可實現(xiàn)更高的能量密度；同時，氫化物材料儲氫密度遠超傳統(tǒng)鋰鹽，在儲氫與儲能一體化領(lǐng)域具有獨特優(yōu)勢。
氫負離子原型電池示意圖 從實驗室到產(chǎn)業(yè)化的跨越 該成果的突破性意義在于首次將氫負離子電池從概念驗證推向工程化階段。陳萍研究員表示：“我們不僅解決了電解質(zhì)材料的核心難題，更構(gòu)建了完整的電池體系，這為后續(xù)性能優(yōu)化和規(guī)模化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)�！蹦壳埃瑘F隊正聚焦于提升電池循環(huán)壽命、降低材料成本，并探索其在大規(guī)模儲能、移動電源及特種電源等領(lǐng)域的應(yīng)用場景。 國際能源領(lǐng)域?qū)＜以u價稱，氫負離子電池代表了一條區(qū)別于鋰離子電池、液流電池及氫燃料電池的全新技術(shù)路徑，其成功研發(fā)有望緩解我國對鋰資源的依賴，并為可再生能源消納提供高效解決方案。隨著技術(shù)的持續(xù)迭代，這一“中國方案”或?qū)⒅厮苋騼δ墚a(chǎn)業(yè)格局。 據(jù)悉，該研究得到國家自然科學基金委員會、中國科學院及遼寧省科技廳的聯(lián)合資助，相關(guān)專利已進入實質(zhì)審查階段。團隊計劃在三年內(nèi)完成中試放大，推動氫負離子電池技術(shù)從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。 |
