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水系鋅離子電池（AZIBs）由于其固有的安全性、低成本、高理論容量和環(huán)境友好性，被認(rèn)為是儲(chǔ)能系統(tǒng)和可穿戴設(shè)備的潛在競爭者。隨著AZIBs的多場景應(yīng)用，AZIBs在極端溫度下的運(yùn)行提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。盡管如此，AZIBs在極端溫度下的失效機(jī)制仍不清楚，這阻礙了相應(yīng)改性手段的建立。

為此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)陳楨、復(fù)旦大學(xué)晁棟梁等人系統(tǒng)總結(jié)和回顧了極端溫度下AZIBs的研究進(jìn)展，包括遇到的挑戰(zhàn)及相應(yīng)的改性方法。這篇綜述不是簡單地總結(jié)最近的進(jìn)展，而是全面地提供了從理論到應(yīng)用的見解。

理論上，作者從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度深入探討了極端溫度下性能下降的原因，包括離子擴(kuò)散、電極表面的氧化還原反應(yīng)和極化等關(guān)鍵因素。實(shí)際上，AZIBs在低溫/高溫下的挑戰(zhàn)受到嚴(yán)格評(píng)估，主要是在電解液結(jié)冰、極化增加、離子電導(dǎo)率降低、嚴(yán)重副反應(yīng)、材料溶解和熱失控方面。

隨后，作者總結(jié)了克服這些障礙和優(yōu)化電化學(xué)性能的有效策略：對(duì)于低溫電解液，作者總結(jié)了鹽成分調(diào)整、有機(jī)/混合電解液和凝膠電解質(zhì)的設(shè)計(jì)策略；而高溫電解液方面，作者整理了有機(jī)涂層、有機(jī)添加劑、離子預(yù)插層和人工保護(hù)層等改性方法。

圖1. 低溫電解液和正極的一些常用性能指標(biāo)

最后，作者討論了電池在極端溫度下可能面臨的挑戰(zhàn)及未來發(fā)展方向：

（1）AZIBs中的其他成分也對(duì)性能有很大影響，如粘結(jié)劑、集流體、導(dǎo)電劑等。因此，有必要探索在極端溫度下具有高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性的正極；

（2）AZIBs的許多正極材料的電壓窗口不能令人滿意，導(dǎo)致能量密度不理想。因此，極端溫度下的電極設(shè)計(jì)應(yīng)著重于高電壓平臺(tái)和高穩(wěn)定性；

（3）除了被動(dòng)改性以外，具有自熱和自冷功能的電池設(shè)計(jì)也是一個(gè)很有前途的方向，這對(duì)于開發(fā)寬溫AZIBs具有指導(dǎo)意義；

（4）目前，AZIBs在極端溫度下的性能衰減機(jī)制還沒有得到很好的闡明；

（5）在實(shí)際應(yīng)用中，AZIBs的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮解決極端溫度適應(yīng)問題，同時(shí)盡可能避免其他極端條件對(duì)電池的負(fù)面影響，這將使AZIBs擁有更廣泛的應(yīng)用場景。

圖2. 極端溫度AZIBs的未來挑戰(zhàn)

Aqueous Zinc-Ion Batteries at Extreme Temperature: Mechanisms, Challenges, and Strategies, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.06.052

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