研究内容氢-氯(H2-Cl2)燃料电池由于快速的电化学动力学而具有明显的优点，但存在成本高、效率低和可逆性差的问题。可充电H2-Cl2电池的开发是非常理想的，但具有挑战性。中国科学技术大学陈维报道了一种可充电的H2-Cl2电池，在-70至40°C的宽温度范围内静态运行，这是由可逆的Cl2/Cl-氧化还原正极和电催化H2负极实现的。分级多孔碳正极设计用于实现有效的Cl2气体限制，并在室温下激活Cl2/Cl-氧化还原的放电平台，放电平台为～1.15 V，稳定循环500多次，无容量衰减。此外，电池在超低温下的运行是在磷酸基防冻电解质中成功实现的，高多孔碳在-70°C下提供的可逆放电容量为282 mAh g-1，在-40°C下300多次循环的平均库仑效率为91%。相关工作以“Rechargeable Hydrogen-Chlorine Battery Operates in a Wide Temperature Range”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。
研究要点要点1. 作者通过设计分级多孔碳正极，开发了一种可充电的H2-Cl2电池，该电池包括可逆的Cl2/Cl-氧化还原正极和高效的H2负极，在40至-70°C的宽温度范围内实现高容量和优异的库仑效率(CE)。作者进一步系统地研究了零度以下温度下电池性能的温度依赖性，揭示了随着温度的降低，电池的Cl2约束和CE增强。要点2. 可充电H2-Cl2电池是在静态模式下设计的，正极和负极气体转化反应在同一个腔室中发生，不使用泵或离子交换膜，大大降低了电池材料清单(BOM)和制造成本。此外，使用温和的磷酸基电解质(PAE)代替高腐蚀性的HCl来延长H2-Cl2电池的循环寿命。要点3. 高微/中孔碳(HPC)和大孔碳毡(CF)组成的正极可以有效防止Cl2逸出，表现出4.19 mAh cm-2(104.8 mAh g-1)的最大面放电容量和超过500次循环的稳定循环。设计的H2-Cl2电池在室温下可提供273 mAh g-1的高可逆容量，是报道的碳材料的3倍多，并且在-40°C下稳定超过300次循环。密度泛函理论(DFT)计算还揭示了吡咯氮掺杂碳对Cl2的强吸附作用，这有利于充电过程中的氯固定，提高H2-Cl2电池的整体性能。该工作为提高水性氯电池在宽温度范围内的储能应用的可逆性提供了一种新的策略。研究图文
图1.HPC的特征。
图2.H2-Cl2电池在室温下的电化学性能。
图3.H2-Cl2电池的低温电化学性能。
图4.H2-Cl2电池工作机理的表征和理论计算。文献详情Rechargeable Hydrogen-Chlorine Battery Operates in a Wide Temperature RangeZehui Xie, Zhengxin Zhu, Zaichun Liu, Muhammad Sajid, Na Chen, Mingming Wang, Yahan Meng, Qia Peng, Shuang Liu, Weiping Wang, Taoli Jiang, Kai Zhang, Wei Chen*J. Am. Chem. Soc.DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.3c09819
