エネルギー科学：再充電可能なNa/Cl₂電池とLi/Cl₂電池

リチウムイオン電池（LIB）は、電気自動車からウエアラブルデバイスまで、さまざまな用途に広く用いられている。リチウムイオン二次電池が発明される前、1970年代に、カソード液としてSOCl₂、アノードとしてリチウム金属、カソードとしてアモルファス炭素を用いる塩化チオニルリチウム（Li-SOCl₂）一次電池が開発された。この電池は、リチウムの酸化と、カソード液のイオウ、二酸化イオウ、塩化リチウムへの還元によって放電し、エネルギー密度が高いことでよく知られており、実際の応用に広く用いられている。しかし、発明以来、この電池が再充電可能にはなったことはない。今回我々は、微細孔性の高い炭素正極と、SOCl₂に塩化アルミニウムとフッ化物系添加剤を加えた出発電解質、ナトリウムまたはリチウムの負極を用いることで、主に炭素の微細孔中のCl₂/Cl⁻間の酸化還元、ナトリウム金属上のNa/Na⁺酸化還元、またはリチウム金属上のLi/Li⁺酸化還元を介して動作する再充電可能なNa/Cl₂電池またはLi/Cl₂電池を作製できることを示す。正極側で微細孔性炭素における可逆的なCl₂/NaCl酸化還元またはCl₂/LiCl酸化還元が起こることによって再充電が可能になり、アルカリフッ化物をドープした薄いアルカリ塩化物固体電解質界面によって負極が安定化する。これらの両方の効果が、アルカリ金属/Cl₂二次電池に不可欠である。

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