锂-氯（Li-Cl2）二次电池作为一种高能量密度电源和具有广泛温度范围的储备设备，受到了研究者们的广泛关注。
然而，传统的电极材料对氯气（Cl2）的吸附能力较弱，且氯化锂（LiCl）的转化效率低，导致基于氯的活性材料的大量损失。这个问题限制了Li-Cl2电池的循环稳定性。
2025年3月4日，中国石油大学李忠涛教授、孔德斌教授在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为《Co Single-Atom Catalysis for High-Efficiency LiCl/Cl2 Conversion in Rechargeable Lithium-Chlorine Batteries》的研究论文，Peicai Li、Chenyu Ma为论文共同第一作者，李忠涛、孔德斌为论文共同通讯作者。
李忠涛，教授，2004年学士毕业于天津大学；2009年博士毕业于中国科学院化学研究所；2011年博士后毕业于加州大学圣巴巴拉分校，现于中国石油大学（华东）担任教授。
李忠涛教授的主要研究方向为储能器件中的复合材料界面化学、聚合物电解质和复合电解质、催化剂的结构设计和构效关系等。至今已发表包括Angew，ACS Nano,AFM，AEM，ACS catalysis,Applied catalysis B等国际著名期刊文章70余篇，作为负责人承担国家重点研发计划，多项国家自然科学基金项目、企业合作项目。
孔德斌，教授，中国石油大学（华东）“光华学者”。2011年本科毕业于天津大学化学工程与工艺专业；2016年研究生/工学博士毕业于天津大学应用化学专业。后于国家纳米科学中心担任副研究员，现于中国石油大学（华东）担任特任教授。
孔德斌教授的研究方向为碳基纳米材料的可控制备及其在先进储能电池中的应用，主持国家自然科学基金项目2项、北京市自然科学基金面上项目1项。发表学术论文40余篇，他人正面引用2000余次，6篇论文曾入选ESI高被引论文。
研究证明了电极表面的协同Cl2吸附作用以及LiCl反应的能量障碍对于提高Cl2/LiCl的转化效率至关重要。该文章开发了一种具有Co-N4配位环境的钴单原子位催化剂，它显著降低了固态LiCl颗粒转化为Cl2的转化障碍，并增强了Cl2的化学吸附作用，促进了LiCl的均匀成核。
实验结果表明开发的Li-Cl2@Co-NC电池在高电流密度下实现了0.6 V的极化电压降低，有效解决了Cl2与LiCl之间低转化效率的问题。在室温下，Li-Cl2@Co-NC电池以1500mAg-1的电流密度循环超过600次；在-40°C下，该电池在500 mA g-1的电流密度下可达到650次循环。
该研究突破了高电流Li-Cl2电池的循环稳定性瓶颈，并为开发具有宽温度范围和长循环寿命的电池提供了策略。
图1：催化机理与材料表征
图2：Co-NC和NC阴极Li-Cl2电池的电化学性能
图3：阴极氯化锂沉积和剥离机理分析
图4：Co-NC和NC在充放电过程中的理论研究及机理探索
图5：在超低温条件下，Co-NC阴极Li/Cl2电池的循环特性和软包电池性能
该研究通过设计具有配位环境的钴单原子催化剂（Co-NC），显著降低了锂氯（Li-Cl2）电池中LiCl转化为Cl2的能量障碍，同时增强了Cl2的化学吸附能力，实现了高效的LiCl/Cl2转换。
研究结果表明基于Co-NC的Li-Cl2电池在室温下可实现超过600次循环，在-40°C的极端低温条件下也能达到650次循环，表现出优异的循环稳定性和能量效率。
这种高性能的Li-Cl2电池在极端环境下的特殊电源需求中具有广阔的应用前景，例如极地探险、深海作业和空间探索等领域。
Co Single-Atom Catalysis for High-Efficiency LiCl/Cl2 Conversion in Rechargeable Lithium-Chlorine Batteries，Advanced Materials（2025）