氢负离子有望造就下一代电池?

2016-03-28 09:11:00
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        东京工业大学(Tokyo Institute of Technology)的研究人员首次展示在基于氧化物的固态电池中以氢负离子(H-)为基础的电化学反应,期望使其展现成为下一代电池基础的潜力。

        东京工业大学教授小林玄器(Genki Kobayashi)与菅野了次(Ryoji Kanno)以及来自分子科学研究所(ISM)、日本科学技术振兴机构(JST)、京都大学(Kyoto University)与高能量加速器研究机构(KEK)的研究人员们推论,氢负离子(H-)可望用于高能量密度储存组件。利用氧氢化物固态电池,研究人 员首次展示了纯氢负离子(H-)可在氧化物中传导。

        金属氢化物的晶格往往不够灵活,使得氢负离子(H-)难以传送,这也就是为什么研究人员转而求助于氧氢化物——氧与氢共享相同晶格位置。另一项挑战是氢的供电子(electron-donating)特性高,这表示电子将会从 氢负离子(H-)解离而产生质子与电子,导致电子(而非氢化物离子)迁移。因此,研究团队只得寻求另一套包含阳离子的系统,在该阳离子中的供电子较氢更多。

        La2-x-ySrx+yLiH1-x+yO3-y (x = 0, y = 0, 1, 2)的晶体结构

        研究人员检视其氧氢化合物结构如何随着组成与合成条件而变化,同时也研究了电子结构的特征,结果发现了化合物中的离子Li-H键,亦即在氧化物中存在氢负离子(H–)。

        全固态氢负离子(H–)电池:具有Ti/o-La2LiHO3/TiH2结构的固态电池放电曲线。中间插图是电池及其可能导致的电化学反应示意图

        接着,研究人员们在正交结构相位(o- La 2LiHO3)使用La 2LiHO3,作为电池(具有钛阳极与氢化物阴极)的电解质。因为放电造成的电极相位变化与Ti-H相位一致,显示氢负离子的迁移。研究人员的结论是: “成功建构一种具有氢负离子(H–)扩散的全固态电化学电池,不仅展现氧氢化物可作为氢负离子(H–)固态电极的能力,同时也有助于开发基于氢负离子 (H–)传导的电化学固态组件。”

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updated: 2020-11-26 12:13:50