当前，全球能源转型对储能技术提出了多元化、高安全性的迫切需求。锂离子电池性能优异，但也在某些方面（如安全性、资源可持续性等）面临问题。全球不同研究团队正致力于探索一种基于氢负离子的全新电化学储能机制，希望为下一代储能技术体系提供一种安全、高性能的新选项，丰富人类的能源体系和解决方案。

导  读

从日常电子产品到规模庞大的电网储能，锂离子电池已成为现代社会的能源基石。然而，其固有的安全风险和关键金属资源全球占比的不均，也促使全球科学家不断探寻新的储能路径。在众多探索中，氢负离子电池以其独特的非金属离子工作机制和丰富的原料来源，正展现出成为下一代高性能、高安全储能技术的潜力，有望在未来能源格局中扮演一定角色。

什么是氢负离子电池？

氢负离子（H⁻）是氢原子得到一个电子后形成的阴离子，具有较低的还原电位（E(H₂/H⁻) = ~−2.3 V vs. SHE），是一种颇具潜力的氢和电荷的双重载体。以氢负离子为载流子的电池即氢负离子电池。

氢负离子电池具有一些独特优势

1) 无枝晶特性

传统锂金属电池中，锂枝晶的生长可能刺穿隔膜，造成内短路，引发热失控。而H⁻作为非金属离子，在充放电过程中不会在电极表面发生金属沉积，从根源上避免了枝晶的产生，为构建高安全性的全固态电池系统提供了可能。

2) 可观的理论能量密度

尽管目前氢负离子电池电压较低，但H⁻潜在的高电压特性（H₂/H⁻ ~−2.3 V vs. SHE），为其实现高电压输出提供了依据。进一步结合理论容量超3000 mAh/g的储氢材料（如LiH），该体系从原理上突破了锂离子电池的能量密度瓶颈，为开发下一代超高能量密度储能电池开辟了道路。

3）资源可持续性

氢是地球上最丰富的元素之一，电极材料也可借鉴成熟的储氢材料体系，资源来源广泛，成本相对可控，有助于缓解对锂、钴等特定金属资源的依赖。

4) 良好的耐受性

氢负离子电池体系，在过充/过放等极端情况下，体系内产生的氢气可被电极材料重新吸收，具备一定的“自我调节”能力，有助于延长电池寿命。

氢负离子电池的研究历程虽短，但最近十年进展迅速。2014年，英国Irvine团队发现BaH₂在高温相变后展现超快氢负离子传导能力。2016年，日本Kanno团队成功实现了氢负离子电池在300°C下的一次放电。而实现氢负离子电池室温应用的核心瓶颈在于：开发出在室温就兼具高离子电导率和电化学稳定性的固态电解质。2023年，中国科学院大连化学物理研究所团队通过晶格畸变策略，成功开发出在-40°C下仍具卓越性能的氢负离子导体，并将氢负离子电池的放电温度降低至室温，然而依然无法实现对电池充电。2025年9月，该团队在《Nature》上报道了全球首例室温可充全固态氢负离子电池。他们巧妙的采用了核壳结构材料设计策略：以具有高H⁻迁移率的CeH₃为核，外包覆一层能有效阻挡电子通过的BaH₂壳层，制备出3CeH₃@BaH₂复合电解质。基于该电解质构建的CeH₂|3CeH₃@BaH₂|NaAlH₄电池，在25°C下实现了984 mAh/g的初始放电容量，展示了其可逆的充放电行为。团队还成功组装了可点亮LED的叠层电池，完成了从原理设计到器件演示的跨越。紧随其后，日本Kanno团队在《Science》报道了具有反α-AgI型结构的氢负离子导体Ba_0.5Ca_0.35Na_0.15H_1.85。该材料通过晶体结构中离子无序排布来实现氢负离子的高速传导，并以此构建了在90°C下运行的Mg-H₂电池，展示了2030 mAh/g的高可逆容量。

尽管前景广阔，氢负离子电池技术仍处于发展早期，面临电解质窗口窄、循环稳定性差及界面容量衰减等核心挑战。尽管氢化物材料对水氧敏感，但其在惰性气氛下的操作工艺可与成熟电池体系兼容，相关合成与保存技术也已有成熟经验可供借鉴。未来，研究的关键在于突破界面工程、规模化制备与系统集成等瓶颈，并在控制成本的同时维持高性能，以推动该技术从实验室走向实用化。

总结与展望

氢负离子电池作为能源存储领域的一个新兴的前沿方向，为未来储能技术的发展和完善增添了新的选项。其独特的工作机制带来了高安全性、宽温域性等，使其在某些特种领域（如深空探测、极地科考）以及对安全有极高需求场景中发挥重要且独特的作用。氢负离子电池的持续发展和落地需要材料、化学、工程、机电等多学科的交叉融合，共同攻克从材料到器件的科学与技术难题，逐步释放其应用潜力。

责任编辑

吴育杭    The Innovation

本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Materials第3卷第4期发表的News & Buzz文章“Hydride-Ion Batteries: An Emerging Frontier in Energy Storage” (投稿: 2025-09-27；接收: 2025-11-21；在线刊出: 2025-11-22)。

DOI：10.59717/j.xinn-mater.2025.100175

引用格式：Cui J., Cao H. and Chen P. (2025). Hydride-ion batteries: An emerging frontier in energy storage. The Innovation Materials 3: 100175.

原文链接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-mater.2025.100175

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作者简介

曹湖军    现任中国科学院大连化学物理研究所研究员，课题组组长，博士生导师。曾在德国亥姆霍兹材料与海洋研究所（HZG）从事博后工作4年。长期专注轻质金属固体氢化物的应用基础研究。

陈   萍    现任中国科学院大连化学物理研究所氢能与先进材料研究部部长与氢化物能源化学研究中心主任，研究员，博士生导师。曾任新加坡国立大学化学系、物理系合聘副教授，2008年受中国科学院大连化学物理研究所前任所长包信和院士和张涛院士的邀请，携研究团队加入中国科学院大连化学物理研究所。陈萍致力于“氢化物能源化学”研究，在化学储氢、固氮和氢负离子传导等方面取得重要科学发现，推动和引领了氢化物能源化学的发展。

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