中科大陈维：水系氢气电池研究-北极星储能网

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水系氢气电池实际上是以氢气氧化与还原反应为电极的可充电二次电池，它不需要消耗氢气，氢气是自己产生的。

——中国科学技术大学陈维

2023年10月31日至11月2日，SNEC第八届(2023)国际储能技术和装备及应用(上海)大会在上海举行。会上，中国科学技术大学陈维教授带来题为“水系氢气电池”的分享。

大规模储能前景广阔，尤其风光发电比传统电站更便宜的时候，大规模储能就会发挥非常重要的作用，不管是发电侧、传输侧、使用侧，储能都扮演非常重要的角色。大规模储能对电池的挑战非常大，主要集中在以下几个方面：一是寿命，需要长达18年甚至需要30年，需要进行1.1万次循环，如果一天三次充放电则需要3.3万次稳定循环，这非常难做到。二是储能电站需要全国温域的适应性，比如低温零下30、40度，高温50、60度都要保持工作。三是安全性，要做到绝对的安全。

目前市场较为成熟的技术是铅酸电池、高温钠硫电池、全钒液流电池，这些电池都不是完美的，比如铅酸电池价格便宜但寿命较短，锂离子电池生产量密度高、寿命较好，但实际上还存在热失控风险与安全隐患；比如全钒液流电池发展非常好，但是价格高、能量密度低。所以他提出氢气二次电池的概念，适用于大规模储能。水系氢气电池实际上是以氢气氧化与还原反应为电极的可充电二次电池，它不需要消耗氢气，氢气是自己产生的。

具体来看，只要涉及到氧气的氧化还原，它的弱电位就比较高，电解水过电位、燃料电池过电位都需要有0.3伏空气电池，以氧气氧化还原为电池，过电位超过0.5伏，但氢气电池已经接近氧化与还原，理论上过电位可低至0伏。所以氢气电池有几个特点，反应动力学快、价格相对较低，同时它的容量大、稳定性好，安全有保障，所以课题组在过去的几年围绕氢气电池中正极材料、负极催化剂以及电解液这些设计以及优化来做一些工作，希望达到超长寿命、宽温率、低价格的新型电池体系。

陈维团队在氢气催化剂、电解液方面都有研究，开发不同的氢气电池体系，包括新型镍氢气电池、锰氢气电池、氢气自主电池以及氢气氯素电池等。他们的出发点是设计出低价的、高活性的催化剂来替代昂贵的催化剂，将电池价格进一步降低，同时将它从这种所谓的太空动力电池转变成用到地球上的大规模储能电池。

首先，以新型镍氢气电池为例，它与传统镍氢电池不同，稳定性非常好，因为它的负极是氢气的氧化与还原反应，在碱性条件下、氢氢气催化剂作用下反应，使得电池性能很好。它与其他电池对比有着非常大的优势，尤其是在安全性、寿命、合并区温度方面，度电成本非常低，目前能量效率比锂电稍微低一点，能量密度相对较低，但能达到100Wh/kg以上。

其次，氢气质子电池，它不仅发生氢气的氧化还原，正极是质子的迁移和托出，拥有两大特点：第一是倍率性能非常好，在负载量相对较低时，倍率非常高，在相对高负载量时也能达到100~200C的倍率。如果将里面的导电的离子从质子变成钾离子或者钠离子时，它的倍率性能极大地下降，这是氢气质子电池的一个巨的优势，同时它循环寿命特别长，循环5万次时保持大概90%容量；低温性非常好，只需要用到这种常规的磷酸电解液，能够在-80℃下稳定的运行。

他指出，目前开发的一系列电池体系，尤其是新型镍氢气电池，能量密度达到150Wh/kg，之后将进一步发掘氢气电池优势，能量密度提高到200~300Wh/kg以上。在未来，不管是水系液流电池还是水系氢气质子电池，都会发挥非常重要的作用。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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