氫負離子可望打造下一代電池？

　　東京工業(yè)大學(Tokyo Institute of Technology)的研究人員首次展示在基于氧化物的固態(tài)電池中以氫負離子(H-)為基礎的電化學反應，期望使其展現成為下一代電池基礎的潛力。

　　東京工業(yè)大學教授小林玄器(Genki Kobayashi)與菅野了次(Ryoji Kanno)以及來自分子科學研究所(ISM)、日本科學技術振興機構(JST)、京都大學(Kyoto University)與高能量加速器研究機構(KEK)的研究人員們推論，氫負離子(H-)可望用于高能量密度儲存元件。利用氧氫化物固態(tài)電池，研究人員首次展示了純氫負離子(H-)可在氧化物中傳導。

　　金屬氫化物的晶格往往不夠靈活，使得氫負離子(H-)難以傳送，這也就是為什么研究人員轉而求助于氧氫化物——氧與氫共用相同晶格位置。另一項挑戰(zhàn)是氫的供電子(electron-donating)特性高，這表示電子將會從氫負離子(H-)解離而產生質子與電子，導致電子(而非氫化物離子)遷移。因此，研究團隊只得尋求另一套包含陽離子的系統，在該陽離子中的供電子較氫更多。

　　La2-x-ySrx+yLiH1-x+yO3-y (x = 0, y = 0, 1, 2)的晶體結構

　　研究人員檢視其氧氫化合物結構如何隨著組成與合成條件而變化，同時也研究了電子結構的特征，結果發(fā)現了化合物中的離子Li-H鍵，亦即在氧化物中存在氫負離子(H–)。

　　全固態(tài)氫負離子(H–)電池：具有Ti/o-La2LiHO3/TiH2結構的固態(tài)電池放電曲線。中間插圖是電池及其可能導致的電化學反應示意圖

　　接著，研究人員們在正交結構相位(o- La 2LiHO3)使用La 2LiHO3，作為電池(具有鈦陽極與氫化物陰極)的電解質。因為放電造成的電極相位變化與Ti-H相位一致，顯示氫負離子的遷移。研究人員的結論是：“成功建構一種具有氫負離子(H–)擴散的全固態(tài)電化學電池，不僅展現氧氫化物可作為氫負離子(H–)固態(tài)電極的能力，同時也有助于開發(fā)基于氫負離子(H–)傳導的電化學固態(tài)元件。”