氢负离子（H-）电化学因其载流子质量轻、理论能量密度高的特点，为下一代储能提供了极具前景的技术路径。然而，可充式氢负离子电池的发展长期受限于两大瓶颈：一是缺乏能够实现H-可逆嵌入/脱嵌的合适电极材料，二是全固态电池构型中存在严峻的界面挑战。稀土氢化物（特别是CeH2）展现出卓越的氢负离子-电子双传导特性。该材料的稳定) electrochemistry offers a promising route for next-generation energy storage due to the low mass and high theoretical energy density of H carriers. However, the development of rechargeable hydride-ion batteries has been impeded by the lack of suitable electrode materials capable of reversible H insertion/extraction and by severe interfacial challenges in all-solid-state configurations. Rare-earth hydrides, particularly CeH, exhibit remarkable dual hydride-ion and electron conductivity. The stable −−−3Fm3¯m晶格结构使其在氢化/脱氢过程中体积变化最小化，例如从CeH到CeH的体积变化约为1%。这些本征特性使CeH和CeH成为全固态氢负离子电池的潜在电极材料。利用最新开发的氢负离子导体CeH@BaH作为电解质，我们构建了CeH|CeH@BaH|CeH电池，其初始放电容量为79.5 mA h g并保持40 mA h g在室温下循环175次后，研究还组装了电压达到~0.7V的串联堆叠结构电池%%以及面容量超过13 mA h cm<sup>-2</sup>的厚电极电池，展现出优异的结构稳定性和应用潜力。本工作凸显了稀土氢化物在先进储能领域的巨大潜力。 were also assembled, demonstrating superior structural stability and the potential for applications. This work highlights the great potential of rare-earth hydrides for advanced energy storage.3232322323−1−1−2
随着全球能源格局向可再生能源转型，氢能已被公认为未来能源体系的关键组成部分[1][2]。在众多氢能利用策略中，以氢离子（H−）作为电荷载体的全固态氢离子电池因其独特优势成为极具前景的新型替代方案[3]。氢离子的离子半径−（约1.3–1.5 Å）能够适应晶格中的局部配位环境，从而在离子迁移过程中产生相对较低的位阻效应[4][5]。此外，H−/H2该氧化还原电对的电位为−2.3V（相对于标准氢电极），与Mg/Mg2+（−2.4V）相当，而H−的低原子质量有利于实现高质量能量密度[6]。这些本征特性使得氢离子电池（HIBs）成为下一代储能和氢能利用的理想候选体系。 近年来，氢负离子导体因其独特的物理化学性质而备受关注[7]。目前已开发出多种不同组成、适用于不同温区的氢负离子导体[8]-[16]。然而，尽管取得这些进展，氢负离子电池（HIBs）的研发进程仍显迟缓。2016年Kobayashi等人取得关键成就，他们开发出氢负离子导体La2−x−ySrx+yLiH1−x+y，并构建了具有Ti|o-La构型的单向全固态H3−y电池−LiHO2|TiH3该电池在573 K温度下工作，开路电压为280 mV [8]。2023年，我们开发出一种晶格变形的LaH2材料，在−40 °C即可呈现超离子传导特性，从而实现了首个常温H3电池[15]。Izumi等人合成了一种La−Sr1−x电解质并组装了Ti|LaxSr3−x−2y|LaHy电池，并成功展示了放电行为[17]。直到最近才首次实现可充电HIB CeH1−x|3CeHx@BaH3−x−2y|NaAlHy得益于核壳结构CeH的开发，其展现出优异的性能3−δ@BaH2该固体电解质具有高氢离子3电导率（>102S·cm4）且在室温下具备宽电化学窗口（∼1 V）[18]。Hirose等人报道了一种氢负离子导体Ba3钙2钠−, 其反α-AgI型结构实现了超离子传导（∼10−4S·cm−1在110°C条件下），并展示了其在可逆氢化物电池中的应用[19]。0.5Ca0.35Na0.15H1.85, featuring an anti-α-AgI-type structure that enables superionic conduction (∼10−3 S cm−1 at 110 °C) and demonstrated its application in reversible hydride-ion batteries [19]. 室温可充电氢离子电池（HIBs）的发展仍处于起步阶段。主要挑战之一在于难以寻获兼具适当反应活性、稳定性且与电解质相容的电极对材料。此外，学界对界面氢离子−传输机制的认识尚不充分。因此，实现实用化HIBs不仅需要在电解质设计方面取得突破，还需同步推进电极材料选择和器件结构设计的创新。 在本研究中，我们通过利用稀土氢化物的独特性质来解决这些挑战。基于我们先前开发的3CeH3@BaH2固态电解质[18]，我们报道了一种新型可充电全固态氢离子电池（HIB），该电池以氢化铈（CeHx）作为电极材料，并采用新开发的3CeH3@BaH2作为室温下工作的电解质。该电池采用简化构型，其中CeH3阴极与CeH %% 阳极均表现出极高的离子和电子导电性。这一本征特性消除了对非活性导电添加剂的需求，使得仅由Ce、Ba和H元素构建电池成为可能。此外，在CeH %% /CeH反应过程中（根据晶格参数[20]计算得出），体积变化极小（约1%的扩展包）2到CeH3转化过程确保了优异的界面稳定性和长循环寿命。本研究不仅展示了一种可行的氢离子电池（HIB），还为基于双导电金属氢化物的高性能储能器件设计开辟了新途径。2, calculated from lattice parameters [20]) during the CeH2/CeH3 conversion ensures excellent interfacial stability and long cycling life. This study not only demonstrates a viable HIB but also opens new avenues for designing high-performance energy storage devices based on dual-conducting metal hydrides.
