中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的一間實(shí)驗(yàn)室。

一枚普通的LED小燈泡，穩(wěn)定地發(fā)出柔和的光芒。

點(diǎn)亮它的，不是普通的干電池，也不是常用的鋰電池。

而是可能承載著未來能源希望的首例氫負(fù)離子原型電池。

2025年9月的這個(gè)夜晚，注定要寫入能源科技史冊(cè)。

這項(xiàng)中國科研團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的突破性成果，很快登上國際頂級(jí)期刊《自然》雜志。

這枚小小的原型電池，究竟蘊(yùn)藏著怎樣的巨大能量？

它又將如何改變未來？

科學(xué)界的完美構(gòu)想

要理解這次突破有多不容易，得先知道什么是氫負(fù)離子電池。

氫是宇宙中最普遍的元素，是未來的清潔能源明星。

氫在能源反應(yīng)中，有三種形式。

氫原子、帶正電的質(zhì)子（氫正離子），以及帶負(fù)電的氫負(fù)離子。

與廣泛使用的鋰離子電池原理類似，都是依靠離子在正負(fù)極之間來回奔跑來儲(chǔ)存和釋放電能。

但不同的地方在于，氫負(fù)離子一次能扛的電子更多。

理論上能量密度會(huì)非常驚人。

這聽起來像個(gè)完美的構(gòu)想，對(duì)吧？

科學(xué)家們很早就意識(shí)到了它的巨大潛力。

然而，幾十年過去了，它卻一直停留在紙面的理論階段。

卡住整個(gè)領(lǐng)域的，是關(guān)鍵的電解質(zhì)材料。

它就像是電池內(nèi)部的“高速公路”，專門讓氫負(fù)離子快速通過。

但又必須嚴(yán)格禁止電子亂竄。

這條“高速公路”需要同時(shí)滿足好幾個(gè)近乎苛刻的條件。

既要離子電導(dǎo)率高，又要電子電導(dǎo)率低，還要非常穩(wěn)定。

長(zhǎng)期以來，沒有材料能同時(shí)勝任。

這條通往未來的能源高速公路，似乎成了一條斷頭路。

中國團(tuán)隊(duì)鑿穿壁壘

長(zhǎng)達(dá)七年的堅(jiān)守，終于迎來轉(zhuǎn)機(jī)。

2018年起，中國科學(xué)院大連化物所的陳萍研究員、曹湖軍研究員和張煒進(jìn)副研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，就認(rèn)準(zhǔn)了這個(gè)方向，開始了默默無聞的攻關(guān)。

科研的道路沒有捷徑，有的只是無數(shù)次嘗試與失敗。

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2023年。

團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“晶格畸變抑制電子電導(dǎo)”的策略。

簡(jiǎn)單說，就是他們通過巧妙的材料設(shè)計(jì)，在原子層面上給氫負(fù)離子的“跑道”做了精妙的“改造”。

讓它們跑得更順暢，同時(shí)又給電子設(shè)置了“路障”。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)成功研制出核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合氫化物。

它就像“夾心巧克力”，外層是氫化鋇薄層，內(nèi)芯是三氫化鈰。

這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)，讓新材料在室溫下就有快速的氫負(fù)離子傳導(dǎo)能力。

并且兼具優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性。

困擾多年的電解質(zhì)材料難題，終于被中國團(tuán)隊(duì)找到了破解的鑰匙。

這條路，通了！

理論再完美，也需要實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。

基于這款新型電解質(zhì)，團(tuán)隊(duì)開始組裝真正的氫負(fù)離子原型電池。

他們選用氫化鋁鈉作為正極，貧氫的二氫化鈰作為負(fù)極。

成功構(gòu)建了首例氫負(fù)離子原型電池。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出了令人振奮的結(jié)果。

這款原型電池正極的首次放電容量高達(dá)984毫安時(shí)/克。

做個(gè)不精確但直觀的對(duì)比，這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)高于目前許多商用鋰離子電池正極材料的水平。

更關(guān)鍵的是穩(wěn)定性。經(jīng)過20次充放電循環(huán)后，它仍能保持402毫安時(shí)/克的容量。

這表明它具備了基本的可循環(huán)能力，為后續(xù)研發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

當(dāng)然，單個(gè)電池的電壓還較低。

于是，科研人員將多個(gè)原型電池疊層組合，將電壓提升到了1.9伏。

就是這1.9伏，穩(wěn)穩(wěn)地點(diǎn)亮了那盞LED燈。

這束光，雖然微弱，卻意義非凡。

氫負(fù)離子電池，終于從論文的“原理”，走到看得見、摸得著的“實(shí)驗(yàn)室原型”。

它可能改變世界

你可能會(huì)想，這聽起來不就是一種新電池嗎？和我們有什么關(guān)系？

這項(xiàng)技術(shù)的潛力，遠(yuǎn)不止于給手機(jī)或電動(dòng)車充電。

它是大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的“明日之星”，最被寄予厚望的領(lǐng)域。

風(fēng)能、太陽能不穩(wěn)定，靠天吃飯。

我們需要巨大的“充電寶”，把白天用不完的太陽能存起來晚上用。

氫負(fù)離子電池憑借其潛在的高能量密度和材料可持續(xù)性，有望成為構(gòu)建新型電網(wǎng)的基石，讓清潔能源真正成為主角。

它是一種更精巧的“儲(chǔ)氫”方式。

傳統(tǒng)的氫氣儲(chǔ)存，需要高壓或超低溫條件，危險(xiǎn)且成本高。

而氫負(fù)離子電池，本質(zhì)上是一種固體的、化學(xué)的儲(chǔ)氫方式。

可能更安全、更便捷，為氫能的應(yīng)用打開新的大門。

它還是特種電源和移動(dòng)電源。

在一些對(duì)重量和能量密度要求極高的特殊領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)也可能大顯身手。

比如航空航天、長(zhǎng)途交通運(yùn)輸。

投資分析機(jī)構(gòu)指出，每一次能源載體的更替，都可能催生全新的產(chǎn)業(yè)鏈和投資機(jī)遇。

從鉛酸到鋰電，我們見證了智能手機(jī)和電動(dòng)汽車的崛起。

那么，從鋰電到氫負(fù)離子，前方又會(huì)是怎樣的新世界？

這足以讓我們充滿想象。

在歡呼突破時(shí)，我們也需要冷靜的思考。

氫負(fù)離子電池雖炫，但氫氣易爆風(fēng)險(xiǎn)高，原型安全性未完善，量產(chǎn)難度飆升。

還有評(píng)論指出“穩(wěn)定性問題沒解決前，成本太高難落地，實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)還得熬幾年?！?/p>

這些現(xiàn)實(shí)，也是科研團(tuán)隊(duì)下一步必須攻堅(jiān)的堡壘。

目前，這還是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的原型，它的循環(huán)壽命（目前僅測(cè)試20次）、安全性、制造成本，都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

從原型機(jī)到商業(yè)化產(chǎn)品，中間隔著數(shù)年甚至數(shù)十年才能跨越的鴻溝。

但這束已經(jīng)被點(diǎn)亮的燈，給了我們方向和希望。

這條路是可行的。

接下來就是讓這條路變得更寬、更平、更堅(jiān)固。

讓更多的“車輛”能安全、高效地通行。

人類能源，是一部不斷發(fā)現(xiàn)和駕馭更高效、更清潔能量載體的歷史。

從木材到煤炭，從石油到鋰電池，每一次變化都重塑了世界。

中國科學(xué)家們七年的堅(jiān)守和智慧，點(diǎn)亮了一盞不一樣的燈。

這盞燈，照亮了一條全新的技術(shù)路徑，屬于氫負(fù)離子的未來之路。

這條路注定不平坦，但它的盡頭，是更綠色、更可持續(xù)的未來。

期待這束微光，成為照亮人類明天的光芒。

素材來源

1.《北京新聞》股掌柜：電池技術(shù)突破釋放能源革命與投資新機(jī)遇

2.《中國新聞網(wǎng)》全新儲(chǔ)能技術(shù)路徑 中國團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)首例氫負(fù)離子原型電池

3.《北京日?qǐng)?bào)》首例氫負(fù)離子原型電池誕生，能點(diǎn)亮小燈泡

4.《央視新聞》我國科學(xué)家成功開發(fā)出首例氫負(fù)離子原型電池

本文作者 | 檸檬雪
責(zé)任編輯 | 淡淡翠
策劃 | 淡淡翠