Nouveau design pour une batterie hydrogène-chlore rechargeable dans une large plage de températures

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Chen Wei de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a conçu un hydrogène-chlore rechargeable (H₂-Cl₂) batterie pouvant fonctionner à des températures allant de -70°C à 40°C. L’étude a été publiée dans Journal de l’American Chemical Society comme article de couverture.

Les piles à combustible à hydrogène sont une technologie prometteuse, précieuse pour sa durabilité et l’abondance de l’hydrogène, parmi lesquelles H₂-Cl₂ les piles à combustible se distinguent par une cinétique électrochimique rapide, un potentiel redox élevé et une capacité spécifique élevée de Cl₂/Cl^– couple rédox. Cependant, le chlore gazeux volatil ne peut pas être retenu pendant le processus de chargement, ce qui entraîne une mauvaise efficacité coulombienne (CE) et une mauvaise réversibilité. Il existe un besoin urgent de développer des batteries au chlore aqueux offrant des performances élevées et une applicabilité à différentes températures.

L’équipe de recherche a découvert pour la première fois qu’en raison du manque de sites de liaison ayant une forte affinité pour Cl₂les cathodes adsorbantes traditionnelles ont du mal à immobiliser Cl₂, entraînant une faible réversibilité. Pour résoudre ce problème, l’équipe a conçu une cathode de carbone hiérarchiquement poreuse composée de carbone hautement micro/mésoporeux (HPC) et de feutre de carbone macroporeux (CF), confinant efficacement le Cl.₂ sur la cathode et améliorant la réversibilité.

L’équipe a montré que le H₂-Cl₂ les cellules ont maintenu un CE et une stabilité élevés, fonctionnant de manière constante pendant 500 cycles à une capacité de décharge de 3 mAh cm^-2. De plus, les cellules fonctionnent bien à des températures ultra basses, maintenant un plateau de décharge de 1,1 V et une capacité spécifique élevée de 282 mAh g.^-1 à -70°C.

Pour mieux comprendre le mécanisme d’amélioration de la réversibilité, l’équipe a combiné la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) avec des calculs théoriques et a révélé que le Cl₂/Cl^– la réaction se produit avec la formation et la rupture réversibles des liaisons C-Cl, ce qui améliore la réversibilité du Cl₂/Cl^– cathodes.

Ces travaux ouvrent une nouvelle direction pour la conception de batteries au chlore aqueux et de batteries à l’hydrogène à haute densité énergétique dans une large plage de températures.