南大金钟EnSM: 卤素可充电电池的当前进展和未来展望

目前电池的后续发展主要依靠以下几个方面：高性能电极/电解液材料和创新的电池设计。由于卤素具有氧化还原电位高、成本低、资源丰富等优点，卤素在电池中的应用得到了广泛研究。

在此，南京大学金钟教授等人总结了近年来在卤素相关可充电电池应用方面取得的进展。电池化学中使用的卤素物质主要遵循两个不同的概念：

（i）参与充电/放电的氧化还原反应

（ii）作为其他特定功能的关键无氧化还原成分，例如促进电荷转移和组成电极或电解质化合物。

作者总结了卤素种类的功能如下：首先，含卤素的化合物包括金属卤化物和金属氧卤化物，用于组成电极；第二，用于掺杂电极的卤素；第三，电解质中的卤素化合物，包括液相和固态电解质以及固体电解质界面；第四，基于卤素转换的电池化学物质，从非液流和氧化还原液流电池中的氯到碘；第五，卤素物种作为某些电极合成的牺牲品。

图1. 双电解质固态氟离子电池示意图

此外，作者总结了目前主流电池家族的不同类型，重点讨论了卤素与相应的关键电化学性能和特殊功能之间的关系。最后介绍了剩余的挑战和可能的机遇：

（1）使用含卤素复合电极的剩余障碍是其结构稳定性差、电子导电性差和离子迁移有限，含卤素化合物的合理设计和制备有望改善电化学性能；

（2）目前的含卤素固态电解质仍然面临着缺乏深入的基础认识的挑战，建议进一步研究了解卤素掺杂的影响；

（3）溴在氧化还原液流电池中得到了广泛的研究，这避免了复杂电极设计和制造的困难。然而，交叉污染仍然是这种氧化还原液流电池面临的挑战，导致需要昂贵的膜；

（4）应充分避免卤素物种的腐蚀，以避免电池寿命和安全性等性能下降；

（5）原位和非原位表征对于说明潜在充电/放电机制非常重要，建议进行更充分表征。

图2. 基于碘转化的电池化学的关键参数汇总

Halogen-Enabled Rechargeable Batteries: Current Advances and Future Perspectives, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.048