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由于H⁺電荷載流子離子半徑小、重量輕的獨特優點，水系質子電池（APB）被認為是下一代電網存儲最有前途的能源技術之一。已經探索了用于APB的各種材料，然而其全電池卻表現出不良的電化學性能，倍率能力和循環穩定性有限。

在此，中科大陳維教授等人提出并開發了一種新型的基于氫氣的APB（稱為氫氣-質子電池），其中H⁺用作電荷載流子以在負極上耦合高效的HER/HOR和可逆的嵌入/提取正極上的反應，通過充分利用負極和正極與H⁺化學形成理想的組合。

該氫氣-質子電池包括一個基于氫氣的負極和一個基于普魯士藍類似物 (PBA) 的正極，位于濃磷酸電解液中。在初始放電過程中，H₂被氣體擴散層基板上的Pt/C催化劑氧化，形成H⁺進入電解液。質子可以在水分子之間迅速轉移，從而在PBA結構內立即順利地實現擴散和嵌入。

圖1. 氫氣-質子電池室溫下的電化學性能

因此，該氫氣-質子電池具有出色的倍率性能、循環穩定性和超低溫性能，表現出前所未有的高達960 C的充電/放電能力和36.5 kW kg^-1的卓越功率密度以及超過35萬次循環的超長壽命。

此外，這種氫氣-質子電池能夠在-80°C的超低溫下正常工作，具有室溫容量的54%，在-60°C以下的穩定循環壽命為1150次。這項工作為構建在極端條件下進行大規模儲能的高性能水系質子電池提供了新的機會。

圖2. 氫氣-質子電池的低溫性能

An Ultrafast and Ultra-Low-Temperature Hydrogen Gas-Proton Battery, Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c09529

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