日本研发全固态氢负离子电池色织布
2022-10-09 20:26:03 汉堡机械网
东京工业大学(TokyoInstituteofTechnology)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(GenkiKobayashi)与菅野了次(RyojiKanno)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(KyotoUniversity)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元件。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，这也就是为何研究人员转而求助于氧氢化物——氧与氢共用相同晶格位置。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-)解离而出现质子与电子，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
充电温度：-20~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃支持最大放电倍率：3C
-40℃ 3C放电容量保持率≥70%
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点，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-La2LiHO3)使用La2LiHO3，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–)传导的电化学固态元件。”
充电温度：0~45℃
放电温度：-40~+55℃
比能量：240Wh/kg
-40℃放电容量保持率：0.5C放电容量≥60%