Rechargeable Na/Cl2 and Li/Cl2 batteries

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作者
Guanzhou Zhu,Xin Tian,Hung‐Chun Tai,Yuan‐Yao Li,Jiachen Li,Hao Sun,Peng Liang,Michael Angell,Cheng-Liang Huang,Ching‐Shun Ku,Wei‐Hsuan Hung,Shi‐Kai Jiang,Yongtao Meng,Hui Chen,Meng‐Chang Lin,Bing‐Joe Hwang,Hongjie Dai
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:596 (7873): 525-530 被引量:240
标识
DOI:10.1038/s41586-021-03757-z
摘要

Lithium-ion batteries (LIBs) are widely used in applications ranging from electric vehicles to wearable devices. Before the invention of secondary LIBs, the primary lithium-thionyl chloride (Li-SOCl2) battery was developed in the 1970s using SOCl2 as the catholyte, lithium metal as the anode and amorphous carbon as the cathode1-7. This battery discharges by lithium oxidation and catholyte reduction to sulfur, sulfur dioxide and lithium chloride, is well known for its high energy density and is widely used in real-world applications; however, it has not been made rechargeable since its invention8-13. Here we show that with a highly microporous carbon positive electrode, a starting electrolyte composed of aluminium chloride in SOCl2 with fluoride-based additives, and either sodium or lithium as the negative electrode, we can produce a rechargeable Na/Cl2 or Li/Cl2 battery operating via redox between mainly Cl2/Cl- in the micropores of carbon and Na/Na+ or Li/Li+ redox on the sodium or lithium metal. The reversible Cl2/NaCl or Cl2/LiCl redox in the microporous carbon affords rechargeability at the positive electrode side and the thin alkali-fluoride-doped alkali-chloride solid electrolyte interface stabilizes the negative electrode, both are critical to secondary alkali-metal/Cl2 batteries.
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