宽温度范围可充电氢氯电池的新设计

中国科学院(CAS)中国科学技术大学(USTC)陈伟教授领导的研究小组设计了一种可充电氢氯(H2-Cl2)电池，可在不同温度范围内工作-70°C至40°C。该研究作为封面文章发表在《美国化学会杂志》上。

氢燃料电池因其可持续性和丰富的氢气而成为一项有前景的技术，其中H2-Cl2燃料电池由于快速的电化学动力学、高氧化还原电势和Cl2/Cl-氧化还原对的高比容量而脱颖而出。然而，充电过程中挥发性氯气无法保留，导致库仑效率(CE)和可逆性较差。迫切需要开发高性能且适用于不同温度的水氯电池。

研究团队首先发现，由于缺乏对Cl2具有强亲和力的结合位点，传统吸附阴极难以固定Cl2，导致可逆性较低。针对这一问题，团队设计了一种由高微孔/介孔碳(HPC)和大孔碳毡(CF)组成的分级多孔碳阴极，有效地将Cl2限制在阴极上，提高了可逆性。

研究小组表明，H2-Cl2电池保持了较高的CE和稳定性，在3mAhcm-2的放电容量下稳定运行500次循环。此外，电池在超低温下运行良好，在-70°C下保持1.1V的放电平台和282mAhg-1的高比容量。

为了进一步了解可逆性提高的机制，团队将X射线光电子能谱(XPS)与理论计算相结合，发现Cl2/Cl-反应伴随着C-Cl键的可逆形成和断裂而发生，从而增强了可逆性的提高。Cl2/Cl-阴极的可逆性。