中科大陈维JACS: 可960 C超高倍率充放电、循环35万次的氢气-质子电池！

由于H⁺电荷载流子离子半径小、重量轻的独特优点，水系质子电池（APB）被认为是下一代电网存储最有前途的能源技术之一。已经探索了用于APB的各种材料，然而其全电池却表现出不良的电化学性能，倍率能力和循环稳定性有限。

在此，中科大陈维教授等人提出并开发了一种新型的基于氢气的APB（称为氢气-质子电池），其中H⁺用作电荷载流子以在负极上耦合高效的HER/HOR和可逆的嵌入/提取正极上的反应，通过充分利用负极和正极与H⁺化学形成理想的组合。

该氢气-质子电池包括一个基于氢气的负极和一个基于普鲁士蓝类似物 (PBA) 的正极，位于浓磷酸电解液中。在初始放电过程中，H₂被气体扩散层基板上的Pt/C催化剂氧化，形成H⁺进入电解液。质子可以在水分子之间迅速转移，从而在PBA结构内立即顺利地实现扩散和嵌入。

图1. 氢气-质子电池室温下的电化学性能

因此，该氢气-质子电池具有出色的倍率性能、循环稳定性和超低温性能，表现出前所未有的高达960 C的充电/放电能力和36.5 kW kg^-1的卓越功率密度以及超过35万次循环的超长寿命。

此外，这种氢气-质子电池能够在-80°C的超低温下正常工作，具有室温容量的54%，在-60°C以下的稳定循环寿命为1150次。这项工作为构建在极端条件下进行大规模储能的高性能水系质子电池提供了新的机会。

图2. 氢气-质子电池的低温性能

An Ultrafast and Ultra-Low-Temperature Hydrogen Gas-Proton Battery, Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c09529

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