氯的氧化還原具有高電勢和比容量，在儲能應(yīng)用中引起了廣泛關(guān)注，但它在水性電解質(zhì)中會發(fā)生不期望的歧化反應(yīng)，這阻礙了其發(fā)展。

在此，中國科學(xué)院上硅所劉宇研究員&楊程副研究員團(tuán)隊通過金屬鹵化物絡(luò)離子的獨特增溶作用，以低成本構(gòu)建高濃度氯化物(超過30 m)電解質(zhì)來穩(wěn)定氧化產(chǎn)物并抑制副反應(yīng)，Cl₃^–/Cl^–氧化還原對在1.0 V vs SCE下表現(xiàn)出高達(dá)96.0%的高度可逆性。

基于高濃度電解質(zhì)的所制造的Zn-Cl₃全電池在近乎中性的系統(tǒng)中在1.0 mA cm^-2下表現(xiàn)出2.02 V的超高工作電壓。特別是，證明了室溫下轉(zhuǎn)換效率的提高以及4000次循環(huán)的持久循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. 使用9M20C電解質(zhì)的三電極系統(tǒng)中Cl₃^–/Cl^–氧化還原過程的表征

總之，該工作通過金屬鹵化物絡(luò)離子的增溶作用構(gòu)建高濃度的氯化物鹽，成功制備了幾種低游離水活度電解質(zhì)，其在室溫下具有96.0%的高庫侖效率，同時保持了相對較高的水含量(最低至21.5 wt%)，以保證電解質(zhì)的安全性和優(yōu)異的離子電導(dǎo)率。在此基礎(chǔ)上，基于更濃電解質(zhì)的Zn-Cl₃-全雙離子電池在近中性系統(tǒng)中在1.0 mA cm^-2下表現(xiàn)出2.02 V的超高工作電壓和優(yōu)越的倍率性能。

特別的，所制造的器件表現(xiàn)出前所未有的耐用循環(huán)壽命(超過4000次循環(huán))，幾乎沒有容量損失，這在水系系統(tǒng)中幾乎沒有報道過。因此，該工作為新型鋅氯氧化還原液流電池(RFB)的設(shè)計提供啟示，該電池具有高能量密度和持久的使用壽命，適合實際應(yīng)用。

圖2. 電池性能

Concentrated Chlorine-Based Electrolyte Enabling Reversible Cl3–/Cl– Redox for Energy-Dense and Durable Aqueous Batteries ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01802