近日，中國科學技術大學教授陳維課題組首次提出了氫氣電極作為正極的電池化學新體系，為基于氫氣正極設計高性能電池提供了一種新途徑。研究成果發表于《德國應用化學》。
可充電鋰金屬-氫氣電池結構和工作示意圖。中國科大供圖
氫氣作為最具前景且經濟高效的可再生資源之一，憑借其合適的氧化還原電位、低過電位以及長期穩定性，可在與高活性電催化劑結合時成為一種極具吸引力的電池電極材料。自20世紀60年代以來，可充電的鎳-氫氣電池化學因其高穩定性、可靠性和耐久性，已被美國國家航空航天局成功應用于航空航天領域超過30年。
近年來，陳維課題組聚焦于氫氣電池，創制了不同類型的氫氣電池體系，包括先進的鎳-氫氣電池、鹵素-氫氣電池、質子-氫氣電池以及碳-氫氣電池等，以其卓越的循環穩定性重新受到關注，并在大規模儲能中展現出巨大潛力。這些體系的電池均將氫氣電極用作負極，并且只能在0.8至1.4V的有限工作電壓下運行，能量密度相對較低。
研究人員認為，氫氣的優異氧化還原特性不僅使其可作為負極，還可作為極具潛力的正極，與低電位負極配對。基于氫氣正極的電池在與堿金屬負極結合時，可展現出更高的能量密度和工作電壓。其中，鋰金屬負極在高電壓和高能量密度的氫氣電池應用中具有巨大潛力。
研究人員利用最輕的兩種元素鋰和氫，首次開發了一種可充電鋰金屬-氫氣電池。氫氣正極的優異特性使該電池展現出極具吸引力的電化學性能。此外，作者進一步構建了一種無負極可充電鋰金屬-氫氣電池，在首次充電時，從低成本的鋰鹽中沉積鋰金屬生成負極，進一步提升了電池的實際能量密度和經濟適用性。該工作為基于氫氣正極設計高性能儲能電池提供了一種新途徑。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/ange.202419663
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