東京工業(yè)大學(xué)(TokyoInstituteofTechnology)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(chǔ)的電化學(xué)反應(yīng)，期望使其展現(xiàn)成為下一代電池基礎(chǔ)的潛力。

東京工業(yè)大學(xué)教授小林玄器(GenkiKobayashi)與菅野了次(RyojiKanno)以及來自分子科學(xué)研究所(ISM)、日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)(JST)、京都大學(xué)(KyotoUniversity)與高能量加速器研究機構(gòu)(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(dǎo)。

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，這也就是為何研究人員轉(zhuǎn)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-)解離而出現(xiàn)質(zhì)子與電子，導(dǎo)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(tǒng)，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(jié)構(gòu)

研究人員檢視其氧氫化合物結(jié)構(gòu)如何隨著組成與合成條件而變化，同時也研究了電子結(jié)構(gòu)的特點，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)的固態(tài)電池放電曲線。中間插圖是電池及其可能導(dǎo)致的電化學(xué)反應(yīng)示意圖

接著，研究人員們在正交結(jié)構(gòu)相位(o-La2LiHO3)使用La2LiHO3，作為電池(具有鈦陽極與氫化物陰極)的電解質(zhì)。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(jié)論是：成功建構(gòu)一種具有氫負離子(H–)擴散的全固態(tài)電化學(xué)電池，不僅展現(xiàn)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(dǎo)的電化學(xué)固態(tài)元件。