近日，中国科学技术大学陈维教授课题组提出了氢气电极作为正极的电池化学新体系，首次开发出一种可充电锂金属-氢气电池。研究成果发表于《德国应用化学》，为基于氢气正极设计高性能电池提供了一种新途径。
nload="this.removeAttribute('width'); this.removeAttribute('height'); this.removeAttribute('onload');" />
▲Li-H电池结构和工作示意图。
氢气作为最具前景且经济高效的可再生资源之一，凭借其合适的氧化还原电位、低过电位以及长期稳定性，可在与高活性电催化剂结合时成为一种极具吸引力的电池电极材料。自20世纪60年代以来，可充电的镍-氢气电池化学体系因其高稳定性、可靠性和耐久性，长期应用于航空航天领域。
近年来，陈维课题组聚焦氢气电池，创制了不同类型的氢气电池体系，包括先进的镍-氢气电池、卤素-氢气电池、质子-氢气电池以及碳-氢气电池等，这些氢气电池体系以优秀的循环稳定性、在大规模储能中展现出的巨大潜力受到广泛关注。不过这些体系的电池均将氢气电极用作负极，并且只能在0.8V至1.4V的有限工作电压下运行，能量密度相对较低。
nload="this.removeAttribute('width'); this.removeAttribute('height'); this.removeAttribute('onload');" />
▲Li-H电池综合电化学性能展示。a倍率性能；b-c长循环稳定性；d-e高温性能；f-g低温性能。
研究人员认为，氢气的优异氧化还原特性不仅使其可作为负极，还可作为极具潜力的正极，与低电位负极配对。“氢气正极的电池在与碱金属负极结合时，可展现出更高的能量密度和工作电压。其中，锂金属负极在高电压和高能量密度的氢气电池应用中具有巨大潜力。”研究人员介绍。
氢气正极的优异特性使可充电锂金属-氢气电池展现出极具吸引力的电化学性能。此外，研究人员进一步构建了一种无负极可充电锂金属-氢气电池，在首次充电时，从低成本的锂盐中沉积锂金属生成负极，进一步提升了电池的实际能量密度和经济适用性。
来源：光明日报（2025-02-10 08版）
责任编辑：宋同舟