Unravelling rechargeable zinc-copper batteries by a chloride shuttle in a biphasic electrolyte

铜 氯化物 电解质 水溶液 锌 无机化学 化学 氧化还原 氯化铜 电池(电) 法拉第效率 双水相体系 有机化学 电极 功率(物理) 物理 物理化学 量子力学
作者
Chen Xu,Chengjun Lei,Jinye Li,Xin He,Pengjie Jiang,Huijian Wang,Tingting Liu,Xiao Liang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:30
标识
DOI:10.1038/s41467-023-37642-2
摘要

The zinc-copper redox couple exhibits several merits, which motivated us to reconstruct the rechargeable Daniell cell by combining chloride shuttle chemistry in a zinc chloride-based aqueous/organic biphasic electrolyte. An ion-selective interface was established to restrict the copper ions in the aqueous phase while ensuring chloride transfer. We demonstrated that the copper-water-chloro solvation complexes are the descriptors, which are predominant in aqueous solutions with optimized concentrations of zinc chloride; thus, copper crossover is prevented. Without this prevention, the copper ions are mostly in the hydration state and exhibit high spontaneity to be solvated in the organic phase. The zinc-copper cell delivers a highly reversible capacity of 395 mAh g-1 with nearly 100% coulombic efficiency, affording a high energy density of 380 Wh kg-1 based on the copper chloride mass. The proposed battery chemistry is expandable to other metal chlorides, which widens the cathode materials available for aqueous chloride ion batteries.

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