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可充水系鋅電池（AZBs）由于其安全性、經濟性和環境友好性，是大規模電能存儲有前景的選擇之一。在過去的十年中，AZBs技術取得了顯著進步，這不僅是在電極材料領域，而且在對非電極成分如電解液、固態電解質界面(SEI) 、集流體、粘結劑和隔膜。尤其是非電極組件的突破，使AZBs獲得了超越傳統AZBs的更高能量和功率密度。

北京理工大學吳川、韓國首爾大學Kisuk Kang等全面回顧了近年來AZBs非電極組件的研究進展，涵蓋了已引入的新型電解液、SEI的定制嘗試以及多功能集流體、粘結劑和隔膜的設計工作，以及與這些非電極組件相關的剩余挑戰。最后，提出了對該領域未來研究方向的看法。對非電極組件的廣泛概述有望指導和刺激高性能AZBs的進一步開發。

吳川/Kisuk Kang最新AM：全面回顧可充水系鋅電池的非電極組件

圖1. AZBs中非電極組件示意圖

水系電解液的發展主要集中在抑制鋅枝晶生長和擴大ESW。據報道，高濃度電解液的廣泛開發能夠通過調節Zn²⁺水溶劑化結構有效地擴大ESW，但不可避免地會帶來成本和環境方面的限制。為克服這些限制，引入了一些有效的策略，通過改變溶劑化學或開發替代系統來降低水活性，如分子擁擠電解液、深共晶溶劑電解液和水凝膠電解質。

在電解液中添加共溶劑和/或雙鹽已被證實是構建原位或人工SEI層的有效策略。此外，在引入鋅沉積之前調整電解液的溶劑化結構以增加還原電位是實現SEI層堅固薄膜有前景的方法。除了深入了解SEI層在穩定鋅沉積和水分解方面的機理之外，未來對SEI的研究還應關注離子動力學、自放電率和SEI長期穩定性之間的關系。

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圖2. AZBs電解液的發展

鋰離子電池中常規的Cu和Al集流體不能直接用作AZBs中的正極集流體，集流體材料的選擇應參考Pourbaix圖和金屬的反應性系列。合適的集流體金屬，如不銹鋼、鈦和鎳，在工作條件下，可以在表面形成穩定的鈍化層。碳質集流體如石墨烯和碳納米纖維/納米管紙被認為是酸性電解液的潛在候選物。此外基于共價鍵的集流體-金屬相互作用的應用和構建將是定制穩定鋅負極的有效策略。

粘結劑的應用應考慮實際運行條件，包括電解液的pH值、活性材料的孔隙率和集流體的類型。響應最近的全球法規，考慮到成本和環境因素，迫切需要開發水系粘結劑，努力取代油基PVDF粘結劑。

最后概述了AZBs隔膜的發展情況，包括玻璃纖維隔膜、濾紙、無紡布等傳統隔膜，以及陽離子交換Nafion膜和MOF基隔膜等功能性隔膜。作者提出通過調節隔膜的離子電導率可以極大地影響鋅沉積行為。此外，通過先進的表征方法進一步了解隔膜內外的鋅枝晶生長將有助于確定隔膜設計的方向。盡管功能性隔膜具有高性能，但合成過程的復雜性和隨后的高成本問題影響了它們的實際應用。

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圖3. AZBs中使用的隔膜類型

Non-electrode Components for Rechargeable Aqueous Zinc Batteries: Electrolytes, Solid-Electrolyte-Interphase, Current Collectors, Binders, and Separators. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202108206

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