中国科学家突破创新，发明可充电锂金属-氢气电池：氢气首次成为正极
创新科技突破：开启氢能储能新时代
2月11日，中国科学技术大学陈维教授团队提出了一种新的电池化学体系，即以氢气电极为正极的电池。该团队首次成功研发出一种可充电的锂金属-氢气电池。
研究成果已发表于《德国应用化学》。
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，具备理想的氧化还原电位、较低的过电位以及长久的稳定性。当其与高性能电催化剂结合使用时，氢气可以成为一种非常有吸引力的电池电极材料。
自20世纪60年代起，可充电的镍-氢气电池因具备高稳定性和可靠性，在航空航天领域得到了广泛应用。其卓越的耐久性也是该技术长期受到青睐的重要原因。
陈维课题组专注于氢气电池的研究，开发了多种类型的氢气电池系统，包括先进的镍-氢气电池、卤素-氢气电池、质子-氢气电池和碳-氢气电池等。这些电池体系展现了卓越的循环稳定性，并在大规模储能应用中展现出巨大的潜力。
不过，这些电池都是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。
研究人员发现，氢气出色的氧化还原性能不仅使其适合作为负极材料，还可能成为有潜力的正极选择，与低电位负极配对使用。
研究人员介绍：“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。”
氢气正极的优异特性，使得可充电锂金属-氢气电池展现出极具吸引力的电化学性能。
此外，研究人员开发出一种无负极可充电锂金属-氢气电池。在初次充电过程中，这种电池能够从廉价的锂盐中沉积锂金属形成负极，从而显著提升电池的能量密度和经济实用性。 这一创新技术不仅为储能领域开辟了新的路径，而且有望解决传统锂电池成本高和能量密度低的问题。通过利用锂盐中的锂金属沉积，这种新型电池不仅提高了实际应用中的性能指标，还大大降低了制造成本。这无疑将对未来的能源存储解决方案产生深远影响，特别是在可再生能源领域，其潜力不可小觑。
Li-H电池全面电化学性能展示。a为倍率性能；b-c为长循环稳定性测试；d-e为高温环境下的性能；f-g为低温环境下的性能。