科学家开发室温传输氢负离子的固体电解质 引领氢能源新未来
氢能作为一种清洁能源，由于其高能量密度和零排放特性，在全球能源转型中扮演着重要角色。传统氢能技术主要依赖于气态氢的存储和转换，但这种方法存在效率低下和安全隐患的问题。因此，科学家们一直在寻找更安全、高效的氢能存储和转换技术。氢基固态电池和燃料电池便是其中的重要研究方向。这些技术通过使用固态电解质，以固态形式存储和传输氢能，从而提高安全性和效率。然而，要实现这一目标，关键在于开发一种在室温下有效传输氢负离子的材料。
日本RIKEN先锋研究集群的研究团队开发出了一种在室温下传输氢负离子（H −）的固体电解质，这一突破性的发现为氢基固态电池和燃料电池带来了巨大的优势，包括提高安全性、效率和能量密度，这对于推动实用的氢基能源经济至关重要。该研究发表在科学杂志《先进能源材料》中。
为了使氢基能源储存和燃料电池更加广泛应用，需要满足安全、高效和简单的要求。目前在电动汽车中使用的氢基燃料电池通过聚合物膜允许氢质子在产生能量时从一端传递到另一端。然而，这些燃料电池中高效、高速的氢运动需要水，因此膜必须持续水合以防止变干。这种限制增加了电池和燃料电池设计的复杂性和成本，限制了下一代氢基能源经济的实用性。为了解决这个问题，科学家们一直在努力寻找一种在室温下通过固体材料传导负氢离子的方法。
研究团队选择了镧氢化物（LaH 3-δ）作为研究对象，原因有几个：氢的释放和捕获相对容易，负氢离子的传导性很高，可以在低于100°C的温度下工作，并且具有晶体结构。然而，在室温下，镧上附着的氢的数量在2到3之间波动，导致无法实现有效的传导。这个问题被称为氢非化学计量，是该研究中克服的最大障碍。通过将部分镧替换为锶（Sr）并添加少量氧（基本式为La 1-x Sr x H 3-x-2y O y），研究人员获得了预期的结果。
研究团队使用球磨和退火的方法制备了该材料的晶体样品，并在室温下对其进行了研究，发现它们可以高速传导负氢离子。随后，他们在由新材料和钛制成的固态燃料电池中测试了其性能，并改变了配方中锶和氧的含量。在至少 0.2 锶的最佳值下，他们观察到钛完全转化为氢化钛（ TiH 2），几乎没有负氢离子被浪费。
从短期来看，该研究结果为负氢离子传导固体电解质的材料设计提供了指导。从长远来看，研究人员相信这是氢能电池、燃料电池和电解电池发展的一个重要转折点。下一步的研究将是提高性能并开发可逆吸收和释放氢气的电极材料，这将使电池能够充电，并实现氢气的储存和释放，满足氢能源的使用需求。
