近日，美国斯坦福大学的崔屹（通讯作者）等人，研发出一种新型的Mn-H二次电池，相关成果以“A manganese–hydrogen battery with potential for grid-scale energy storage”为题发表在Nature Energy上，第一作者为陈维博士。文章链接https://www.nature.com/articles/s41560-018-0147-7。在两电极反应中，电池的正极是可溶的Mn2+和固态MnO2，负极材料是循环的H2和H2O。其中，H2和H2O是通过析氢和氧化的催化反应获得。这个电池的放电电压是~1.3 V，循环10000圈后容量没有衰减。在4 M MnSO4电解液中，电池的质量能量密度为~139 Wh kg-1，体能量密度为~210 Wh l-1。Mn-H电池是价格低、原料丰富，并且具有大规模应用潜力的储能设备。
包括锂离子电池，铅酸电池，氧化还原液流电池和液态金属电池在内的电池有望成为电网规模的储能设备，但它们还远远不能满足电网的存储需求，如成本低，循环寿命长，安全可靠和合理能源密度降低成本和占地面积。在这里，我们报道了一种可再充电的锰 - 氢电池，其中阴极在可溶性Mn2+与固体MnO 2之间以双电子反应进行循环，阳极通过公知的氢释放和氧化的催化反应在H 2气和H 2 O之间循环。这种电池化学成分表现出〜1.3 V的放电电压，100 mA cm-2的放电容量（放电36 s），寿命超过10,000次而不衰减。我们实现了〜139 Wh kg-1的重量能量密度（〜210 Wh l-1的体积能量密度），理论重量能量密度为〜174 Wh kg-1（体积能量密度为〜263 Wh l-1 ）在4M MnSO4电解质中。锰氢电池涉及低成本丰富的材料，并有可能扩大用于大规模储能。
本文报道了一种全新的Mn-H二次电池。该体系电池采用氢气作为负极，展现出优异的电化学性能潜力。其制作方法能够促进高能量密度、快速充放电、超稳定电池在大规模能源器件的发展。作者之后将关注于高效电极材料的电池性能和电池价格的优化。Mn-H电池的成本将会随着高活性、HER/HOR电催化的研究进一步降低。
陈维博士于2008年6月在北京科技大学获得学士学位，2013年12月于沙特阿卜杜拉国王科技大学获得博士学位。2014年4月至今在美国斯坦福大学从事博士后研究。从事纳米材料的制备及其在电催化电化学储能方面的应用研究。至今已发表文章34篇，获得专利2个。
崔屹教授，1998年崔屹获得中国科学技术大学理学学士学位；2002年在哈佛大学获得博士学位；2003年在加州大学伯克利分校从事博士后研究；2004年入选世界顶尖100名青年发明家；2005年进入斯坦福大学材料科学与工程系任教，先后担任助理教授、副教授、教授；2014年获得首届纳米能源奖；2017年获得布拉瓦尼克青年科学大奖之物质科学与工程技术奖。崔屹主要研究内容为纳米材料在能量存储、光伏器件、拓扑绝缘体、生物及环境等方向的应用。现为美国斯坦福大学材料科学与工程系终身教授，世界知名科学期刊《纳米快讯》副主编，美国湾区光伏联盟主任和电池500联盟主任。崔教授目前领导一个55人的博士、博士后研究团队，从事纳米、新材料、新能源、环境保护和生物科学的研究。截止到2016年，崔屹在纳米材料研究领域取得了开创性研究成果，在先后在包括Science、Nature、Nature Nanotechnology 、Nature Materials、Nature Communication、JACS等世界顶级期刊发表高水平科技论文330多篇，其研究团队致力于纳米、新材料、新能源、环境保护和生物科学的研究，在科技创新与成果转化方面拥有丰富经验，其创新性的研究成果和发明亦引起了工业界的关注。
Abstract：Batteries including lithium-ion, lead–acid, redox-flow and liquid-metal batteries show promise for grid-scale storage, but they are still far from meeting the grid's storage needs such as low cost, long cycle life, reliable safety and reasonable energy density for cost and footprint reduction. Here, we report a rechargeable manganese–hydrogen battery, where the cathode is cycled between soluble Mn2+ and solid MnO2 with a two-electron reaction, and the anode is cycled between H2 gas and H2O through well-known catalytic reactions of hydrogen evolution and oxidation. This battery chemistry exhibits a discharge voltage of ~1.3 V, a rate capability of 100 mA cm−2 (36 s of discharge) and a lifetime of more than 10,000 cycles without decay. We achieve a gravimetric energy density of ~139 Wh kg−1 (volumetric energy density of ~210 Wh l−1), with the theoretical gravimetric energy density of ~174 Wh kg−1 (volumetric energy density of ~263 Wh l−1) in a 4 M MnSO4 electrolyte. The manganese–hydrogen battery involves low-cost abundant materials and has the potential to be scaled up for large-scale energy storage.
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