近年来，人们致力于开发新一代储能体系，以解决能源短缺问题。锂离子电池的广泛应用就是之一努力的结果。同时，钠离子、锌离子等多种金属离子的电池体系也相继得到发展。此外，非金属质子体系也逐渐获得关注，其中，氢离子电池因具有成本低和可持续性优点被认为是下一代电源中最有前途的能源技术之一。

近日，复旦大学的王永刚教授团队以醌类化合物为负极和无机物为正极材料，酸性水溶液为电解液，制备了具有优异的电化学性能、并且能在零下70度低温下工作的水合氢离子电池。

PTO//MnO₂ @ GF氢离子电池的工作机制示意图

这种水合氢离子电池以醌类化合物芘-4,5,9,10-四酮作为负极材料，通过羰基的烯醇化反应可逆地储存/释放电解液中的水合氢离子。循环伏安响应证明了负极的电极反应不受扩散控制，具有快速的反应动力学。正极则巧妙地利用Mn²⁺/MnO₂可逆转化反应，将石墨毡作为集流体和基底。在水合氢离子的参与下，二氧化锰在石墨毡正极上可逆地沉积和溶解，实现了水合氢离子的可逆储存。

独特的运行机制为这种水合氢离子电池提供了高达132.6 Wh kg^-1的能量密度和30.8 kW kg^-1的超级电容器可比功率密度，以及超过5000次循环的长期循环寿命。

此外，令人惊讶的是，即使在零下40度电解液结冰状态，这种水合氢离子电池仍然能够很好地工作，并且在零下70度的低温下仍具有出色的倍率性能和循环稳定性。