【儀表網(wǎng) 行業(yè)科普】當(dāng) “電池家族” 不斷涌現(xiàn)新成員時(shí)，一款來自中國(guó)的新型電池近日登上《自然》雜志，引發(fā)全球關(guān)注 —— 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)，不僅開發(fā)出新型氫負(fù)離子電解質(zhì)，更成功組裝出全球首塊氫負(fù)離子原型電池。這一突破，終于讓長(zhǎng)期停留在 “概念階段” 的氫負(fù)離子電池，邁出了從理論到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的關(guān)鍵一步。那么，這款 “新鮮出爐” 的電池，到底有何特別之處？它又是如何攻克行業(yè)長(zhǎng)期難題的？
 

　　要理解氫負(fù)離子電池的價(jià)值，得先從 “氫” 這個(gè)元素說起。作為未來清潔能源體系的核心組成部分，氫通常以三種形態(tài)存在：氫正離子、氫原子和氫負(fù)離子。其中，氫負(fù)離子堪稱 “潛力股”—— 它反應(yīng)活性強(qiáng)、電子密度高，天生就是理想的能量載體。從工作原理來看，氫負(fù)離子電池和我們常用的鋰離子電池有相似之處，都是通過離子在正負(fù)極之間 “穿梭” 實(shí)現(xiàn)充放電，只不過前者的 “能量搬運(yùn)工” 從鋰離子換成了氫負(fù)離子。
 

　　可就是這樣一種看似 “路徑清晰” 的電池技術(shù)，卻在過去很長(zhǎng)時(shí)間里被困在 “概念牢籠” 中。論文通訊作者、大連化物所研究員陳萍道出了關(guān)鍵難題：一直找不到一款 “全能” 的電解質(zhì)材料。要知道，電解質(zhì)是電池的 “橋梁”，必須同時(shí)滿足三個(gè)核心要求 —— 高離子傳導(dǎo)性(保證離子順暢移動(dòng))、高熱和電化學(xué)穩(wěn)定性(避免高溫或充電時(shí) “出故障”)，還要能和電極完美匹配。少了任何一點(diǎn)，電池都無法實(shí)際應(yīng)用，這也是氫負(fù)離子電池遲遲無法落地的核心原因。
 

　　此次大連化物所團(tuán)隊(duì)的突破，恰恰就藏在電解質(zhì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)里。他們采用了巧妙的 “核殼結(jié)構(gòu)” 策略：用氫化鋇作為 “外殼”，包裹住內(nèi)部的三氫化鈰。這種設(shè)計(jì)像給電解質(zhì)加了一層 “保護(hù)罩”，既讓氫負(fù)離子能高效傳導(dǎo)(高離子電導(dǎo)率)，又抑制了電子的無用損耗(低電子電導(dǎo)率)，同時(shí)還扛住了高溫和電化學(xué)反應(yīng)的考驗(yàn)，完美解決了此前的 “材料困境”。
 

　　光有好材料還不夠，電池的實(shí)際性能才是 “硬指標(biāo)”。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出了令人驚喜的答案：這款氫負(fù)離子原型電池的正極，首次放電容量就達(dá)到 984 毫安時(shí) / 克 —— 這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)超不少現(xiàn)有儲(chǔ)能材料；即便經(jīng)過 20 次充放電循環(huán)，容量仍能保持在 402 毫安時(shí) / 克，穩(wěn)定性表現(xiàn)亮眼。更關(guān)鍵的是，團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步搭建了疊層電池，將電壓提升到 1.9 伏，成功點(diǎn)亮了 LED 燈。這小小的一盞燈，卻證明了氫負(fù)離子電池不僅能 “存電”，還能真正為電子設(shè)備 “供電”，打破了 “紙上談兵” 的質(zhì)疑。
 

　　如今，氫負(fù)離子電池已經(jīng)打開了全新的儲(chǔ)能技術(shù)路徑。陳萍研究員介紹，它未來有望在大規(guī)模儲(chǔ)能(比如為電網(wǎng)儲(chǔ)存風(fēng)電、光伏等清潔能源)、儲(chǔ)氫(結(jié)合氫能產(chǎn)業(yè)鏈)、移動(dòng)電源(小型電子設(shè)備或交通工具)等領(lǐng)域大顯身手。接下來，團(tuán)隊(duì)還將聚焦核心材料的優(yōu)化，進(jìn)一步提升電池性能，拓展更多應(yīng)用場(chǎng)景。
 

　　從 “概念” 到 “實(shí)物”，從實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)到點(diǎn)亮 LED，中國(guó)科學(xué)家研制的氫負(fù)離子原型電池，不僅為電池家族增添了 “實(shí)力派” 成員，更給全球綠色能源發(fā)展提供了新的技術(shù)方向?；蛟S在不久的將來，我們身邊的儲(chǔ)能設(shè)備，就會(huì)因?yàn)?“氫負(fù)離子” 的加入而變得更高效、更環(huán)保。
 

　　(文章來源：中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所)