(2025-09-18热点)-中国科学家开发出首例氢负离子电池,网友:带来什么突破性影响

zydadmin  43

9月17日,中国科学院大连化学物理研究所陈萍、曹湖军、张炜进团队在国际期刊《自然》发表研究成果,成功开发全球首例?氢负离子原型电池?。该电池采用核壳结构氢负离子电解质,以氢化铝钠为正极、贫氢二氢化铈为负极,实现了从原理到实验的突破。??

这是一个非常令人振奋的重大科技突破。

一、成果核心摘要

研究机构: 中国科学院大连化学物理研究所

研究团队: 陈萍、曹湖军、张炜进团队

发表期刊: 《自然》(Nature),国际顶级科学期刊

研究成果: 成功研制出全球首例氢负离子(H?)原型电池

技术核心: 采用创新的核壳结构氢负离子电解质

电极材料: 氢化铝钠(Na?AlH?) 作为正极,贫氢二氢化铈(CeH???) 作为负极。

二、详细解读与意义分析

这项研究之所以引起轰动,是因为它开辟了一条全新的电池技术路径,具有深远的科学和潜在应用价值。

1. 什么是氢负离子(H?)?

在化学中,氢通常表现为正价(H?,质子)。而氢负离子(H?)则是带有一个额外电子的氢离子,携带一个负电荷。它是一种很强的还原剂,储存着很高的化学能量。

2. 这项突破的创新点在哪里?

全新原理: 目前主流的电池(如锂离子电池)是基于锂离子(Li?)在正负极之间的穿梭来工作的。而该团队首次成功实现了基于氢负离子(H?) 可逆充放电的电池化学体系。这是一个从0到1的原理性创新。

关键材料——核壳结构电解质: 氢负离子活性极高,极易与空气中的水汽等物质反应,难以在常规条件下稳定存在和传导。研究团队巧妙设计并合成了一种核壳结构的氢化镧(LaH???) 作为电解质。

“核”: 负责快速传导氢负离子。

“壳”: 形成一个保护层,有效阻止“核”材料与外界发生副反应,保障了电解质的稳定性和离子电导率。这是实现电池工作的最关键技术。

巧妙的电极设计:

正极(氢化铝钠,Na?AlH?): 在充电时,它能够“释放”氢负离子。

负极(贫氢二氢化铈,CeH???): 在充电时,它能够“接收”并储存氢负离子。

放电过程则相反。整个工作过程就是H?在两级之间的可逆迁移。

3. 这项技术有什么潜在优势和意义?

高能量密度: 从理论上讲,氢负离子电池具有远超现有锂离子电池的能量密度潜力。这意味着在相同重量或体积下,它能储存更多的能量,对于需要长续航的电动汽车、航空航天等领域意义重大。

资源丰富与环境友好: 氢是宇宙中最丰富的元素。所使用的其他材料(如镧、铈)属于稀土元素,虽然也称珍贵,但比锂的资源分布更广泛,且无需担心锂资源短缺和价格波动问题。电池材料本身相对环保。

开辟新赛道: 它为未来储能技术提供了一个全新的、充满潜力的发展方向,不再局限于锂离子、钠离子等阳离子导体的传统框架。

基础科学价值: 这项工作证明了氢负离子在温和条件下(相对较低的温度下)进行可逆电化学反应的可行性,对基础电化学和材料科学是巨大的贡献。

4. 面临的挑战和前景

需要清醒认识到,这目前还是一个实验室阶段的原型电池(Prototype),距离商业化应用还有很长的路要走。

性能优化: 原型电池的充放电效率、循环寿命、功率密度等性能指标还需要大幅提升。

材料成本与规模化生产: 目前使用的电解质和电极材料成本较高,大规模、低成本的合成制备工艺是未来需要攻克的难题。

工作条件: 目前电池需要在中等温度(100-180°C) 下工作,如何降低工作温度或开发适应此温度的电池系统也是一个挑战。

总结来说, 中国科学院大连化物所的这项成果是世界级的、引领性的基础研究突破。它像一颗种子,为未来高性能储能技术孕育了一个全新的可能性,虽然长成参天大树还需时日,但其方向性和创新性无疑具有里程碑式的意义。

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