開發新型的高容量和高能量密度可再充電電池對未來消費電子產品、電動汽車和大規模儲能應用至關重要。在2021年，斯坦福大學戴宏杰院士團隊在Nature上發表了題為“Rechargeable Na/Cl2 and Li/Cl2 batteries”的文章。在文中，制備的鈉/氯氣（Na/Cl2）和鋰/氯氣（Li/Cl2）電池具有高達1200 mAh g-1可逆容量和~3.5 V的電壓，使用Na或Li金屬作為負極，非晶態碳納米球（aCNS）作為正極，氯化鋁（AlCl3）溶解在亞硫酰氯（SOCl2）中，氟基添加劑作為電解質。其中，aCNS在正極的高比表面積和大孔容有利于NaCl或LiCl的沉積和Cl2的捕獲，進行可逆的NaCl/Cl2或LiCl/Cl2氧化還原反應和電池放/充電循環。在本文中，戴宏杰院士團隊報道了一種初始的低表面積/孔隙率石墨（DGr）材料作為Li/Cl2電池的正極，在1000 °C（DGr_ac）在二氧化碳（CO2）中激活后獲得了很高的電池性能，第一次放電容量約1910 mAh g-1，循環容量高達1200 mAh g-1。非原位拉曼光譜和X射線衍射（XRD）揭示了石墨在電池循環過程中的演化過程，包括插層/脫層和脫落，產生足夠的孔隙來容納LiCl/Cl2氧化還原。該工作為大容量堿金屬/Cl2電池提供了廣泛可用的、低成本的石墨材料。最后，作者還利用質譜法檢測了石墨正極中捕獲的Cl2，從而揭示了Li/Cl2電池的工作原理。
背景介紹
近幾十年來，電池的需求穩步增長，應用范圍廣泛，包括手機、電動汽車（EVs）、衛星和電網儲能等。因此，開發具有更高比容量、更高能量密度和更長循環壽命的電池變得越來越重要。科學家們發明了不同類型的電池，用各種高能金屬作為負極。基于已報道的可在充電Na/Cl2和Li/Cl2電池，使用Na或Li金屬作為負極，無定形碳納米球（aCNS）作為正極，以及由氯化鋁（AlCl3）和溶解在亞硫酰氯（SOCl2）中的氟基電解質添加劑組成的電解質，該電池的放電電壓約3.5 V，循環容量高達1200 mAh g-1和循環壽命約200次。對幾種高表面積（約3000 m2 g-1）的非晶態碳正極材料的比較表明，大孔容積（約2.5 cm3 g-1），特別是微孔，對于有效捕獲Cl2以進行可逆的Cl?/Cl2氧化還原的重要性。其中，研究各種形式的碳材料是堿金屬/Cl2電池的主要方向之一。結晶石墨材料通常具有較低的表面積和孔隙體積，不太可能成為沉積大量金屬氯化物以及捕獲和電還原氯化物所需的高容量多孔電極材料的候選人。
