图 核壳结构复合氢化物3CeH3@BaH2电解质和全固态氢负离子原型电池的示意
在国家自然科学基金项目（批准号：22309175、22279130）等资助下，中国科学院大连化学物理研究所陈萍研究员、曹湖军研究员、张炜进副研究员团队合作在氢负离子导体及氢负离子原型电池研究方面取得进展。研究成果以“室温全固态氢负离子二次电池（A room temperature rechargeable all-solid-state hydride ion battery）”为题发表于《自然》（Nature）杂志上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09561-3。
氢负离子（H⁻）是氢原子获得一个电子后形成的阴离子，具有质量轻、氧化还原电位低（H2/H⁻，–2.3 V 相对于标准氢电极）等特性，被认为是电化学器件中的一类新型载流子，在推动二次电池、燃料电池、电解池等技术革新方面展现出重要应用潜力。然而，由于缺乏能同时具备高离子电导率、低电子电导率、高热稳定性和电化学稳定性且与电极兼容的电解质材料，氢负离子二次电池技术迄今为止未能实现突破。因此，开发综合性能优异的氢负离子导体被视为固态离子学和氢能领域的前沿课题。
针对该问题，上述研究团队利用“晶格畸变抑制电子电导”的特性，开发出室温超快氢负离子导体（Nature, 2023, 616, 73–76），在此研究基础上，以低电子传导且高稳定性的氢化钡薄层包覆稳定性较差的三氢化铈，设计并制备了一种新型核壳结构复合氢化物3CeH3@BaH2。该材料在室温下即可展现出快速的氢负离子传导特性，同时兼具优异的热稳定性和电化学稳定性。基于此新型氢负离子电解质，采用经典的储氢材料氢化铝钠作正极，贫氢的二氢化铈作负极，上述团队实现了全固态氢负离子原型电池的构筑。电池首次放电容量高达984 mAh/g，经过20次充放电循环后仍能保持402 mAh/g的容量。他们进一步搭建叠层电池将电压提升至1.9 V并成功点亮了LED灯，证明了氢负离子电池为电子设备供电的可行性。该工作实现了氢负离子电池从“原理概念”到“实验验证”的跨越。