来源：快猛电池 发布日期：2026-05-29 13:31:55

氢负离子（H−）作为自然界中单位质量电子密度最高、可极化性最强的离子，可以构建与现有阳离子介导体系天壤之别的电化学进程，在触发储能与化学转化领域重大技能革新方面展现出巨大潜力。其中，可充电全固态氢−氢离子电池（HIBs）因其共同特性而遭到广泛重视，这些特性包含：无金属枝晶、具有高理论容量、在宽温区操作方面展现出巨大潜力、可运用丰厚的氢资源以及环境友好性。经过运用H2作为电极活性资料的固气态氢诱导键合（g-HIB），可明显提高容量与能量密度。更为重要的是，该技能为室温常压下完成高容量化学储氢提供了全新电化学路径。这一方针在过去60余年间一直未能完成，目前已成为限制氢能大规模运用的要害瓶颈。本研讨初次展现了g-HIB体系Mg|3CeH3|NaAlH2|H2该资料完成了1526 mAh/g的高容量、优异的循环功能以及-20°C至90°C的宽工作温度规模。经过将此g-HIB与二次电池耦合，咱们提出了一种新式氢-电协同存储体系。相较于其他储氢技能，该协同存储体系具有更高的氢能运用效率，有望在移动式或固定式氢能运用场景中发挥重要作用。

摘要

在氢负离子（H−）传导及H−介导电化学器件领域的资料研发已取得重大进展。但是，运用H−与金属作为电极活性资料、具备高容量与高能量密度潜力的气固态氢负离子电池（g-HIB）至今没有完成。本文基于典型金属-氢体系Mg-H2选用该办法构建了此类g-HIB。试验成果证实，阳极的氢化与脱氢进程别离导致Mg|3CeH体系中的电能输出与输入。2|NaAlH3|H2该g-HIB资料展现出1,526 mAh/g的初始容量，在60次循环后仍保持70%以上的容量保持率。其有效工作温度规模广大（-20°C至90°C）。将此类g-HIB与二次离子电池集成，可构建新式氢-电共储体系，适用于燃料电池轿车或无人机的氢电混合动力体系，完成高达93.9%的氢能运用效率。2 developed. This g-HIB exhibits an initial capacity of 1,526 mAh/g and maintains a capacity retention of over 70% after 60 cycles. It operates effectively across a wide temperature range of −20°C to 90°C. The integration of this g-HIB with a secondary ion battery could create a novel hydrogen-electricity co-storage system that can be applied to hydrogen-electricity powertrains of fuel cell vehicles or drones to deliver a high hydrogen energy efficiency of 93.9%.

图文摘要

引言

由氢负离子（H−介导的电化学进程与阳离子介导的进程存在本质差异。1,2,3,4,5这归因于电荷载体H−所具有的高能量、强反响性及可极化特性。4选用熔融态NaH-NaAlEt6作为电解质的原电池，可以经过电化学途径将金属及合金氢化为相应氢化物。2在300°C下7和室温条件下，8经过运用La2LiHO3以及变形LaH3别离作为电解质。一个运用Ba0.5Ca0.35Na0.15电解液在90°C下完成金属氢化物的可逆储氢，1.85尽管需要高能量输入。9此外，H10浓缩电池选用BaH2和Ba2LiH1.75作为电解质，别离在475°C∼575°C和350°C下被证实具有工作功能。2.7O0.9 as electrolytes were demonstrated to operate at 475°C∼575°C and 350°C, respectively.11,12
二次氢电池（HIB）因其原则上可防止阳离子电池中常见的金属枝晶成长问题，且具有较高的理论容量而备受重视。最新研讨显示，全固态氢离子电池体系——特别是CeH−|3CeH2@BaH3|NaAlH2在室温下运行4在室温下操作13and Ti|Ba0.5Ca0.35Na0.15|MgH1.85在90°C条件下运行2因为新开发电解液功能的提高，上述优势得以完成。9—were demonstrated, owing to the improved performance of the newly developed electrolytes.
气固混合氢离子电池（g-HIB），其结构为金属|固体电解质|H−经过以H方式贮存氢2并输出电能（如图1A所示），代表了一种没有开发的新式HIB。该电池将金属-H热反响−解耦为电极反响，即H2降至H2被复原为H−在阴极产生复原反响，而金属在阳极被氧化形成金属氢化物。过去60年间研讨的各类金属-氢2体系14,15为g-HIB的开发奠定了常识根底。如图1B和表S1所示，当选用轻质元素作为电极资料时，g-HIB展现出超高理论容量（LiBH4>4,900 mAh/g）和能量密度（LiH>2,300 Wh/kg）。4当选用轻质元素作为电极资料时，其能量密度（如LiH可达>2,300 Wh/kg）明显提高。
在此，一种g-HIB Mg|H−经过以H方式贮存氢2试验证明，在±0.4 mA恒定电流条件下，g-HIB负极可完成5.6 wt%氢气的可逆存储。该g-HIB初始容量达1,526 mAh/g，循环60次后容量保持率仍超过70%，在-20°C至90°C宽温域规模内均体现良好。堆叠后电池输出电压为2.4 V，可为发光二极管灯泡供电。将这种g-HIB与二次离子电池（SIB）集成，有望构建一种概念新颖、高效协同的氢-电双储能体系，然后推动氢能存储与转化技能的革新。