中国科大首次开发出可充电锂金属-氢气电池

近日，中国科学技术大学教授陈维课题组首次提出了氢气电极作为正极的电池化学新体系，为基于氢气正极设计高性能电池提供了一种新途径。研究成果发表于《德国应用化学》。

可充电锂金属-氢气电池结构和工作示意图。中国科大供图

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-氢气电池化学因其高稳定性、可靠性和耐久性，已被美国国家航空航天局成功应用于航空航天领域超过30年。

近年来，陈维课题组聚焦于氢气电池，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，以其卓越的循环稳定性重新受到关注，并在大规模储能中展现出巨大潜力。这些体系的电池均将氢气电极用作负极，并且只能在0.8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。基于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。 

研究人员利用最轻的两种元素锂和氢，首次开发了一种可充电锂金属-氢气电池。氢气正极的优异特性使该电池展现出极具吸引力的电化学性能。此外，作者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。该工作为基于氢气正极设计高性能储能电池提供了一种新途径。

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