鎳氫氣電池因其高安全性、環境友好、長壽命等優勢被認為是大規模儲能領域極具前景的儲能體系方案之一。然而，傳統鎳氫氣電池負極普遍使用鉑族貴金屬催化劑，限制了其民用儲能應用。開發資源豐富的非貴金屬催化劑以取代傳統的鉑族催化劑是實現鎳氫氣電池大規模儲能應用的一個重要策略。在非貴金屬催化劑中，鎳基催化劑顯示出良好的HER/HOR催化性能。然而，目前鎳基催化劑的HER/HOR催化活性遠遜于鉑族催化劑，難以滿足實際應用的需求。因此，設計制備高活性非貴金屬催化劑是實現高性能、低成本鎳氫氣電池的關鍵。

圖1 NNM-HEA CF催化電極的合成示意圖。(a)泡沫銅。(b)生長有Cu(OH)2納米線的泡沫銅。(c)催化劑前驅體：水熱反應后生長有Cu(OH)2納米線的泡沫銅。(d)NNM-HEA CF。


針對上述問題，來自中國科學技術大學的陳維教授團隊在ACS Nano期刊發表了題為“Non-Noble Metal High-Entropy Alloy-Based Catalytic Electrode for Long-Life Hydrogen Gas Batteries”的文章。該文章通過在泡沫銅上原位生長非貴金屬高熵合金催化劑構建了非貴金屬高熵合金催化電極（NNM-HEA CF）作為鎳-氫氣（Ni-H2）電池的HER/HOR雙功能氫氣催化負極。該電極在50 mV電位下的HOR活性高達8.65 mA mg-1，且僅需85.2 mV過電位即可實現100 mA cm-2的HER電流密度，優于大多數非貴金屬催化劑材料。


實驗和理論計算結果表明，NNM-HEA催化劑通過多金屬高熵合金化優化了金屬鎳活性位點的電子結構，因而極大地促進了HER/HOR催化過程。以NNM-HEA CF為負極的Ni-H2電池表現出優異的倍率性能和循環性能，如在15 mAh cm-2的面容量下，該Ni-H2電池可以5 mA cm-2電流密度穩定循環超過1800 h。該電池也在0.45 Ah級容量下進行了示范演示，同樣表現出優異的電池性能?；陔姌O、隔膜和電解液所有關鍵組件估算，以NNM-HEA CF為負極的Ni-H2電池能量密度高達~109.3 Wh kg-1，成本低至~107.8$kWh-1，與基于Pt/C CF電極構建的Ni-H2電池相比成本降低了6倍以上。本研究為大規模儲能應用中氫氣電池高效非貴金屬HER/HOR雙功能催化劑的開發提供了方法。