随着传统化石燃料供应的枯竭，太阳能和风能等可再生能源被广泛认为是解决潜在能源危机的替代方法。但是，太阳能和风能等可再生能源是间歇性的，为了将其有效整合到电网中，开发可充电电池等电能存储技术以解决其间歇性问题至关重要。通过将电催化氢气负极与过渡金属氧化物/氢氧化物正极耦合，研究人员成功设计了一种用于电网规模储能的新电池化学。利用氢气逸出，快速动力学和高稳定性的优势，氢负极受制氢和氧化反应（HER和HOR）控制。演示的锰氢和镍氢电池显示出合理的能量密度，快速充电/放电率高，循环寿命长。

有鉴于此，中科大陈维教授，斯坦福大学崔屹教授报道了一种可充电，高速率，长寿命的锂锰氧化物氢电池（LMO-H），该电池在水性电解质中利用了纳米结构的锂锰氧化物正极和氢气负极。

文章要点

1）选择商用LMO作为正极，选择玻璃纤维作为隔板，并在气体扩散层（GDL）上涂覆Pt/C作为负极，以构建LMO-H电池。GDL在H2负极上的应用促进了H2气体的扩散和运输，这有利于LMO-H电池中的有效气体管理。

2）在LMO-H电池的充电过程中，锂离子将从主体尖晶石LMO结构中提取到水性电解质中，而H₂将在Pt/C催化剂下从负极生成。在放电过程中，由于Pt/C催化剂的高活性HOR，电解液中的锂离子将被插入尖晶石LMO结构中，并且H₂将在负极上被吸收和氧化。

3）LMO-H电池具有〜1.3 V的放电电压平稳期，高比容量（1 C时LMO为83 mAh g-1），高倍率容量（50 C时LMO为69.1 mAh g-1）和长循环稳定性，这归因于HER / HOR氧化还原引起的LMO的快速Li +离子提取/插入的快速动力学。

4）通过在不同电池条件下的系统电化学研究，突出了电催化氢气负极的重要性，并揭示了LMO-H电池的储能机理和高倍率性能。

考虑到现代锂离子电池中大量的锂过渡金属氧化物，当前的LMO-H电池的成功开发可以通过使用不同的锂金属氧化物来设计高级可充电氢电池而开辟新的途径。同时，这项工作为开发用于未来电网规模储能的新型可充电氢电池提供了机会。

Zhengxin Zhu, et al, A High-Rate Lithium Manganese Oxide-Hydrogen Battery, Nano Lett., 2020

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00044

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00044