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可充電水系鋅基電化學(xué)儲(chǔ)能（EES）設(shè)備 (AZD) 已被證明是多種應(yīng)用場(chǎng)景中的有前途的候選者。然而，由于析氫和鋅枝晶形成等問題，其發(fā)展受到可逆性差的困擾。

近年來材料發(fā)現(xiàn)和設(shè)備配置創(chuàng)新的進(jìn)步在各個(gè)方面都提高了AZD的性能，包括耐用性、工作電壓、能量/功率密度和經(jīng)濟(jì)可用性。因此，一系列可充電AZDs的研究和商業(yè)化成為近年來的熱點(diǎn)。

在此，英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）Dan J.L. Brett, Guanjie He等人采用整體視角來總結(jié)和審查所有類型的關(guān)鍵設(shè)備和具有代表性的15種AZD。

首先，作者討論了AZD中的電化學(xué)電荷存儲(chǔ)機(jī)制和界面特性。然后，提供了每個(gè)關(guān)鍵組件（負(fù)極、電解液、正極、隔膜等）的分類、挑戰(zhàn)、最新進(jìn)展和有前景的策略。

接下來介紹了組件的組裝方式，以滿足特定場(chǎng)景的要求，包括大容量、高功率、超高功率、高能量等4種場(chǎng)景應(yīng)用。

可充電AZD商業(yè)化的一個(gè)主要障礙是面積容量普遍較低，目前對(duì)新興AZDs的研究大多仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，因此有必要將AZD的評(píng)估系統(tǒng)擴(kuò)大到具有kWh或Ah級(jí)裝置（如18650和軟包電池）。

圖1. AZDs和其他EES設(shè)備的性能比較

作者認(rèn)為，下一代AZDs的構(gòu)建需要從負(fù)極、電解液、正極、隔膜、電池配置和理論研究六個(gè)方面共同努力。

（1）均勻的鋅沉積和抑制寄生反應(yīng)是解決嚴(yán)重的鋅負(fù)極問題的關(guān)鍵，推薦設(shè)計(jì)具有自愈能力的原位人工SEI；

（2）“鹽包水”和“分子擁擠”電解液可以有效拓寬電勢(shì)窗，但應(yīng)提高其穩(wěn)定性；

（3）改進(jìn)AZDs正極材料的策略主要分為兩類：減少鋅離子和正極材料之間的分子間相互作用（預(yù)嵌入和雜原子摻雜）以及構(gòu)建有利于鋅離子傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)（孔徑工程、尺寸調(diào)節(jié)、缺陷工程等）；

（4）迫切需要在近中性和堿性介質(zhì)中的高性能隔膜，多孔膜是最佳候選之一。此外，復(fù)合膜工程是降低膜成本和厚度并提高電化學(xué)性能的有效策略；

（5）需要為特定應(yīng)用中的AZD找到最佳電池配置，在性能和成本之間取得平衡；

（6）建議結(jié)合先進(jìn)的原位表征技術(shù)（同步加速器X射線斷層掃描、SEM、中子散射等）進(jìn)行計(jì)算研究（DFT和MD）以了解關(guān)鍵儲(chǔ)能機(jī)制。

圖2. AZDs性能優(yōu)化策略的多角度評(píng)估

Rechargeable aqueous Zn-based energy storage devices, Joule 2021. DOI: 10.1016/j.joule.2021.10.011

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