Rechargeable Hydrogen–Chlorine Battery Operates in a Wide Temperature Range

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作者
Zehui 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
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (46): 25422-25430 被引量:42
标识
DOI:10.1021/jacs.3c09819
摘要

Hydrogen-chlorine (H2-Cl2) fuel cells have distinct merits due to fast electrochemical kinetics but are afflicted by high cost, low efficiency, and poor reversibility. The development of a rechargeable H2-Cl2 battery is highly desirable yet challenging. Here, we report a rechargeable H2-Cl2 battery operating statically in a wide temperature ranging from -70 to 40 °C, which is enabled by a reversible Cl2/Cl- redox cathode and an electrocatalytic H2 anode. A hierarchically porous carbon cathode is designed to achieve effective Cl2 gas confinement and activate the discharge plateau of Cl2/Cl- redox at room temperature, with a discharge plateau at ∼1.15 V and steady cycling for over 500 cycles without capacity decay. Furthermore, the battery operation at an ultralow temperature is successfully achieved in a phosphoric acid-based antifreezing electrolyte, with a reversible discharge capacity of 282 mAh g-1 provided by the highly porous carbon at -70 °C and an average Coulombic efficiency of 91% for more than 300 cycles at -40 °C. This work offers a new strategy to enhance the reversibility of aqueous chlorine batteries for energy storage applications in a wide temperature range.
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