中国科学技术大学首次开发可充电锂金属-氢电池

近日，中国科技大学教授陈维课题组首次提出氢气电极作为一个新的正极电池化学系统，为基于氢气正极设计高性能电池提供了新的途径。研究结果发表在德国应用化学。

氢气作为最有前景、最经济、最高效的可再生能源之一，在与高活性电催化剂结合时，可以成为一种极具吸引力的电池电极材料，具有适当的氧化还原电位、低电位和长期稳定性。自20世纪60年代以来，由于其稳定的性能、可靠性和耐久性，可充电镍氢电池化学已被美国国家航空航天局成功应用于航空航天领域30多年。

近年来，陈维研究小组专注于氢气电池，开发了先进的镍-氢气电池、卤素-氢气电池、质子-氢气电池和碳-氢气电池等不同类型的氢气电池系统。由于其优异的循环稳定性，他们再次受到重视，并在大规模储能中表现出巨大的潜力。这些系统的电池使用氢气电极作为负极，只能在0.8-1.4V的有限工作电压下运行，能量密度相对较低。

研究人员认为，氢的优异氧化还原特性不仅可以作为负极使用，还可以作为与低电位负极相匹配的潜在正极使用。基于氢气正极的电池在与碱金属负极结合时，可以显示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氢电池的应用中潜力巨大。

研究人员首次开发了一种充电锂金属-氢气电池，使用了两种最轻的元素锂和氢。氢气正极的优异特性使电池表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充电锂金属-氢气电池。第一次充电时，锂金属从低成本锂盐中沉积产生负极，进一步提高了电池的实际能量密度和经济适用性。这项工作为基于氢气正极设计的高性能储能电池提供了新的途径。