质子电池概览
来自澳大利亚墨尔本皇家理工大学(RMIT)的研究人员首次展示了一种可充电的 质子电池，它有望重新定义我们为家庭、车辆和设备供电的方式。
该充电电池环保且潜力巨大，经过进一步发展，有望存储比目前锂离子电池更多的能量。
质子电池的潜在应用包括太阳能光伏板的家用电存储，正如特斯拉Power Wall目前使用锂离子电池所做的那样。通过一些改进和规模化，质子电池技术也可用于电网中等规模存储以及电动汽车的动力来源。
工作原型质子电池使用碳电极作为氢存储器，与可逆燃料电池相结合以产生电力。首席研究员约翰·安德鲁斯教授表示，碳电极加上来自水的质子，为质子电池带来了环境、能源和潜在的经济优势。
我们的最新进展是迈向廉价、可持续质子电池的关键一步，它可以帮助满足我们未来的能源需求，而不会进一步损害我们已经脆弱的环境，安德鲁斯说，随着世界向可再生能源发展以减少温室气体排放，对电能储存的需求将会非常庞大。质子电池是满足这种巨大需求的众多潜在方案之一。用质子为电池供电，比使用紧缺资源制造的锂离子电池更经济。碳是质子电池中使用的主要资源，与金属储氢合金和锂相比，储量丰富且便宜。
在充电期间，电极中的碳与借助电源电子分裂水分子而产生的质子结合。质子再次释放并通过可逆燃料电池返回，与空气中的氧气结合形成水以产生电力。与化石燃料不同，碳不会燃烧或在此过程中引起排放。
质子电池工作原理
工作原型质子电池结合了氢燃料电池和电池供电的最佳特性。最新版本将用于固态氢存储的碳电极与可逆燃料电池相结合，以提供集成的可充电单元。在质子电池中成功使用由活性炭制成的电极是向前迈出的重要一步，相关成果已在《国际氢能源杂志》上报道。
在充电期间，通过可逆燃料电池中水分解产生的质子穿过细胞膜传导，并借助外加电压提供的电子直接与存储材料结合，而不形成氢气。在供电模式下，这个过程是相反的：氢原子从储存中释放出来并再次失去电子成为质子，然后这些质子通过细胞膜返回，与来自外部电路的氧和电子结合重新形成水。
质子电池的主要潜在优势是比传统氢气系统高得多的能量效率，使其可与锂离子电池相媲美。该方案消除了与氢气释放和分裂成质子相关的能量损失。
实验成果与未来展望
研究人员的实验表明，他们的小型质子电池（内部表面积仅为5.5平方厘米）已经能够存储与市售锂离子电池相当的单位质量能量，而这还是在电池优化之前。
几年前，RMIT团队曾尝试使用金属合金电极的质子电池，但其可逆性和可再充电性太低，且合金含有稀土元素，重且昂贵。最新的实验结果表明，由酚醛树脂制成的多孔活性炭电极能够在电极中储存约1wt%的氢，单位质量能量已与市售锂离子电池相当。最大电池电压为1.2伏。
未来的工作将集中在通过使用原子级薄层碳基材料（如石墨烯）进一步提高性能和能量密度，安德鲁斯表示，质子电池的目标是真正具有竞争力的锂离子电池替代方案。
RMIT对质子电池的研究部分由澳大利亚国防科技集团和美国海军研究全球办公室资助。