“气固电池”问世!实现常温常压高效储氢
氢能汇获悉,气固电池近日,问世中国科学院大连化学物理研究所(以下简称“大连化物所”)团队构建了全球首例以氢气和金属为电极的实现气?固氢负离子原型电池(以下简称“气固电池”)。该电池充氢放电、常温常压储氢充电放氢,高效以“氢电共储”的气固电池方式,为常温、问世常压、实现高效的常温常压储氢储氢提供了原型验证。
氢负离子是高效氢的"富电子"态。以氢负离子作为载流子,气固电池能够兼具高反应性和高能量等特征,问世是实现发展下一代全固态电池的关键路径之一。然而,常温常压储氢氢负离子在自然条件下极不稳定,高效科学家很难利用它直接参与电化学储能。
该团队利用金属镁和氢气分别作为负极和正极活性物质,组装出首例可在宽温域工作的气-固氢负离子电池。这种电池让氢负离子在为电池提供高能量的同时,巧妙地与电化学储氢衔接,电池在放电时,氢气在正极被还原为氢负离子,金属在负极被氧化为阳离子形成金属氢化物;充电时,两极分别释放氢气分子和再生金属,实现了边充放电、边储放氢。
实验结果显示:充氢时,该电池初始放电容量高达1526毫安时/克;而当施加0.3伏电压时,可在室温下释放出重量比约6.0%的氢气(以电极中MgH2计);该电池循环60次后容量保持率超过70%,并且在低至-20度和高达90度的范围内均可正常工作。进一步,团队将10个单电池堆叠成串联电池组,输出电压超过2.4伏,成功点亮了LED灯泡,标志着气-固氢负离子原型电池的问世。能效分析结果进一步表明,该“氢电共储”体系的能量利用效率可达93.9%,比传统热储氢提升了三分之一。
这一原创性成果为破解横亘氢能利用中半个多世纪的核心技术难题——储氢,提供了全新的技术路线,摆脱了传统储氢所需的高压(700atm)或深冷(-253°C)等极端条件,有望催生新型储氢技术。
未来,团队将聚力发展更高性能氢负离子导体和电极材料,提升电池性能,形成专有技术,加快氢负离子电池向实用化迈进,推动氢能产业的发展。
科普一下:氢负离子
氢(H)是结构最简单的原子,由一个质子和一个电子组成。当氢原子失去它唯一的电子时,便成为了常见的氢质子(H?),也就是我们常说的氢离子。但氢还有一种特殊形态——氢负离子(H?),即氢原子额外获得一个电子,形成了带负电的离子。
作为宇宙中最小的原子,氢原子的“核心”只有一个质子,带的正电很少,吸引力很弱,它只能牢牢抓住一个电子。如果再硬塞给它一个电子,形成带负电的氢离子(H?),这个小小的原子核就“管不住”两个互相排斥的电子了。另外,这两个带负电的电子挤在极小的空间里,会强烈地互相推开,导致整个结构非常不稳定。因此,氢负离子就像一颗“电子炸弹”,很容易就把多余的那个电子扔给周围的其它物质,从而表现出很强的还原性。
尽管“罕见”,氢负离子却在许多科学过程中扮演重要角色。例如,它活跃于高温化学反应、星际空间演化以及氢能源技术(如储氢、氢负离子电池)等领域。在自然界中,氢负离子通常只能在极端环境中存在,例如恒星大气内部或受控的实验室装置里。
来源:中国科学院大连化物所
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