近日，中国科学技术大学（简称“中国科大”）化学与材料科学学院教授陈维课题组在电池研究领域取得了两项重大突破，引起了广泛关注。

其中一项突破性成果首次报道了氢气电极作为正极的电池化学新体系，为高性能电池的设计提供了一种全新的思路。该研究成果发表在国际顶级期刊《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed）上，论文标题为“Rechargeable lithium-hydrogen gas batteries”。

研究团队指出，氢气（H2）作为极具前景且经济高效的可再生资源，凭借其合适的氧化还原电位、低过电位以及长期稳定性，在与高活性电催化剂结合时，展现出作为电池电极材料的巨大潜力。特别是，氢气首次被用作正极材料，与低电位负极配对，展现出更高的能量密度和工作电压，为电池性能的提升开辟了新路径。

自20世纪60年代以来，可充电的镍-氢气（Ni-H）电池因其高稳定性、可靠性和耐久性，已被广泛应用于航空航天等领域。近年来，陈维教授团队聚焦于氢气电池，创制了多种类型的氢气电池体系，并在大规模储能中展现出巨大应用潜力。而此次氢气正极电池的提出，更是将氢气电池的研究推向了新的高度。

在这项最新研究成果中，研究团队首次报道了一种可充电锂金属-氢气（Li-H）电池，该电池利用了最轻的两种元素Li和H。研究显示，H2正极的优异特性使该电池具有高达2825 Wh kg-1的理论比能量、3 V的放电电压、99.7%的循环能量效率以及宽工作温区等卓越电化学性能。此外，团队还构建了一种无负极Li-H电池，进一步提升了电池的实际能量密度和经济适用性。

Li-H电池结构和工作示意图（来源：中国科大官网）

与此同时，陈维课题组的另一项研究成果同样令人瞩目。该成果发表在国际期刊《自然-可持续发展》（Nature Sustainability）上，题为“Electrochemical lithium recycling from spent batteries with electricity generation”。该研究首次提出了一种基于电化学原理的绿色可持续废弃物回收管理策略，能够同时实现废旧锂离子电池正极材料中的锂资源回收和工业尾气中的氮氧化物污染物的捕获和转化。

研究团队巧妙设计了一种无能量消耗的回收方法，利用尾气中二氧化氮的电化学还原电位与废旧电池正极材料的电化学氧化电位差，不仅成功回收了废旧电池中的锂资源，还将二氧化氮转化为高价值的硝酸锂盐。这一过程不仅能实现大量的能量输出，还为锂回收与污染物治理提供了一种高效、环保且具有经济价值的全新解决方案。

废旧锂离子电池正极和二氧化氮污染物同时回收设计思路（来源：中国科大官网）

具体而言，该回收策略通过电化学反应，使锂离子自发地从废旧锂电池正极材料中脱出进入电解液中，同时二氧化氮被还原为亚硝酸根，两者结合形成亚硝酸锂产物，并产生输出电压。随后，亚硝酸锂被空气中的氧气进一步氧化为更加稳定的硝酸锂产物。研究团队还对传统回收策略与新策略进行了经济和环保等方面的对比分析，结果显示新策略在能耗、二氧化碳排放量以及成本收益等方面均优于传统策略。

陈维系中国科学技术大学应用化学系特任教授、博士生导师，合肥微尺度物质科学国家研究中心教授。他在斯坦福大学从事博士后研究工作期间，师从美国国家科学院院士、世界著名的材料和能源科学家崔屹教授。自2019年7月入职中国科学技术大学以来，他专注于大规模储能电池、电催化等领域的研究，取得了多项重要成果。

陈维教授的主要研究方向包括氢气二次电池的开发与应用、新型水系离子储能电池以及电催化剂的微观调控与机理探索等。此次两项重大成果的发表，不仅展示了他在电池研究领域的深厚功底和创新能力，也为推动电池技术的进步和绿色可持续发展做出了重要贡献。

（文章来源：澎湃新闻，有删减）