支春义/何宏艳 Sci. Adv: 构建静态双电子溴化锂电池

尽管静态溴化锂（SLB）电池具有作为转换型储能技术的潜力，但几十年来其性能一直停滞不前。这些电池固有的液-液氧化还原模式和单电子转移阻碍了研究的进展。在此，我们开发了一种基于活性溴盐阴极的高性能SLB 电池，并通过电解质定制实现Br-/Br+氧化还原耦的双电子转移化学。NO3-的引入改善了Br-的可逆单电子跃迁，更令人印象深刻的是，配位的Cl-阴离子激活了Br+的转换，提供了额外的电子转移。在3.8V时观察到电压平台，与单电子反应基准相比，放电容量和能量密度分别提高了142%和159%。这种两步转换机制表现出极佳的稳定性，电池可循环使用1000 次。这些性能已经接近了目前已有的卤化锂电池的技术水平。我们认为已建立的双电子氧化还原机制对多样化卤素电池具有很高的示范意义。

图文简介

TBABr3阴极和单电子转移化学

双电子转移化学

锂金属阳极兼容性

电化学性能

氧化还原机制表征

总之，含有NO3-添加剂的电解质提高了单电子模型中Br-转换的氧化还原效率，而进一步引入饱和Cl-则使Br+的可逆反应达到前所未有的水平。我们利用了一种由Br-/Br+对的双电子转移化学反应构建了高性能SLB。调制后的CLE2非常适合锂金属阳极；它有助于高效生产和还原TBABr3盐中的Br+阳离子，是有毒Br2元素的安全替代品。采用新的电子穿梭器后，放电容量接近653 mAh g-1Br，而输出电压则升至3.8 V，能量密度约为2180 Wh kg-1Br。持久的氧化还原化学反应可延长1000 个循环的使用寿命，每100 个循环的容量衰减率为 4.4%。通过光谱表征分析和DFT 计算，详细说明了配位Cl-阴离子和Br+-Cl-2氧化还原产物的参与情况。我们的工作非常重要，因为它提供了一种在Br系统中实现双电子氧化还原化学的简便而高效的策略，从根本上打破了备受诟病的性能桎梏。鉴于存在多样化的金属-溴和卤素体系，双电子氧化还原机制可作为生产更实用卤素电池的导航。

论文信息

通讯作者：Chunyi Zhi，Hongyan He