氢气因其高丰度和低分子量而被认为是一种理想的能量载体。然而，在高压气罐中储存液态氢气带来了许多挑战，例如安全问题。目前储氢合金已被广泛探索，以使用热力学或电化学手段在固态下安全储存氢气。其中，热力学储氢是最具代表性的方法，但它受到能够在合理低温下有效储存或释放氢气的高容量材料的可用性的限制。例如，尽管LaNi5可以在室温附近实现储氢，但其储氢能力较低（1.4 wt%）。相比之下，轻元素金属氢化物，如MgH2、LiH和LiBH4，虽然具有较高的理论存储容量，但有效容量低、工作温度高（>300℃），因此难以应用。研究表明，电化学储氢依赖于外部电压通过质子（H+）或氢离子（H–）储存和释放氢。对于基于质子的电化学储氢，碱性或酸性水溶液都可以作为电解质，促进质子进出储氢材料。该方法用于镍氢电池的电极反应。然而，它表现出几个缺点，例如由于电极腐蚀和电解质中的溶解，高容量材料（如MgH2）的反应动力学缓慢和不可逆容量损失。
二、【创新成果】
基于此，日本东京科学大学Ryoji Kanno教授团队在Science上发表了题为“High-capacity, reversible hydrogen storage using H–conducting solid electrolytes”的论文，报道开发出一种新型氢负离子（H⁻）固态电解质，并基于此实现了高容量、可逆、低温的氢储存系统。具体地，研究人员通过机械化学法合成一种高导电、稳定的反α-AgI型固态氢化物离子电解质—Ba0.5Ca0.35Na0.15H1.85，其表现出高H⁻导电性（50°C为4.8×10⁻⁵ S/cm）与宽电化学窗口（-0.13 to 0.53 V vs. Ti/TiH2）。借助该材料，研究人员成功实现了镁基氢化物电池的高容量、可逆氢存储：在90°C下实现了高达2030 mAh g⁻¹的可逆容量，远优于传统热力学方法。
三、【图文解析】
图1 BaH2–CaH2–NaH体系的结构解析 © 2025 AAAS
图2 Ba0.5Ca0.35Na0.15H1.85的离子电导率 © 2025 AAAS
图3 固态电解质的电化学稳定窗口，Ti/TiH2电池的可逆运行曲线，以及不同金属氢化物的电化学性能 © 2025 AAAS
图4 Mg–H2电池的工作原理与性能 © 2025 AAAS
四、【科学启迪】
综上，本研究首次实现了低温、高容量、可逆的全固态氢储存系统—反α-AgI型固态氢化物离子电解质Ba0.5Ca0.35Na0.15H1.85，通过新型H⁻超导电解质与Mg–H2电池架构，成功在90°C下实现了高达2030 mAh g⁻¹的可逆容量，远优于传统热力学方法，为氢能与电能的双向转换提供了颠覆性技术路径，标志着氢负离子电化学从实验室走向实用化的关键一步。本研究不仅突破了H⁻导电固体电解质的技术瓶颈，更通过理论-实验-应用的全链条验证，为氢存储技术提供了从材料到系统的完整解决方案。
原文详情：High-capacity, reversible hydrogen storage using H–conducting solid electrolytes (Science 2025, 389, 1252-1255.)
本文由赛恩斯供稿。
