近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳維教授課題組提出了氫氣電極作為正極的電池化學(xué)新體系，首次開發(fā)出一種可充電鋰金屬-氫氣電池。研究成果發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》，為基于氫氣正極設(shè)計(jì)高性能電池提供了一種新途徑。
▲Li-H電池結(jié)構(gòu)和工作示意圖。
氫氣作為最具前景且經(jīng)濟(jì)高效的可再生資源之一，憑借其合適的氧化還原電位、低過(guò)電位以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性，可在與高活性電催化劑結(jié)合時(shí)成為一種極具吸引力的電池電極材料。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，可充電的鎳-氫氣電池化學(xué)體系因其高穩(wěn)定性、可靠性和耐久性，長(zhǎng)期應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。近年來(lái)，陳維課題組聚焦氫氣電池，創(chuàng)制了不同類型的氫氣電池體系，包括先進(jìn)的鎳-氫氣電池、鹵素-氫氣電池、質(zhì)子-氫氣電池以及碳-氫氣電池等，這些氫氣電池體系以優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性、在大規(guī)模儲(chǔ)能中展現(xiàn)出的巨大潛力受到廣泛關(guān)注。不過(guò)這些體系的電池均將氫氣電極用作負(fù)極，并且只能在0.8V至1.4V的有限工作電壓下運(yùn)行，能量密度相對(duì)較低。▲Li-H電池綜合電化學(xué)性能展示。a倍率性能；b-c長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性；d-e高溫性能；f-g低溫性能。
研究人員認(rèn)為，氫氣的優(yōu)異氧化還原特性不僅使其可作為負(fù)極，還可作為極具潛力的正極，與低電位負(fù)極配對(duì)。“氫氣正極的電池在與堿金屬負(fù)極結(jié)合時(shí)，可展現(xiàn)出更高的能量密度和工作電壓。其中，鋰金屬負(fù)極在高電壓和高能量密度的氫氣電池應(yīng)用中具有巨大潛力?！毖芯咳藛T介紹。氫氣正極的優(yōu)異特性使可充電鋰金屬-氫氣電池展現(xiàn)出極具吸引力的電化學(xué)性能。此外，研究人員進(jìn)一步構(gòu)建了一種無(wú)負(fù)極可充電鋰金屬-氫氣電池，在首次充電時(shí)，從低成本的鋰鹽中沉積鋰金屬生成負(fù)極，進(jìn)一步提升了電池的實(shí)際能量密度和經(jīng)濟(jì)適用性。
