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王燁/黃紹專EEM: 設(shè)計先進(jìn)水系鋅離子電池的原理、策略和前景

水系鋅離子電池（AZIBs）因其成本低、本質(zhì)安全和環(huán)境友好而成為一種有吸引力的電池系統(tǒng)，但其應(yīng)用受到來自正極、電解液和鋅負(fù)極的障礙的困擾。總結(jié)優(yōu)化正極、電解液和鋅負(fù)極的設(shè)計原則和策略對于AZIBs的開發(fā)至關(guān)重要。

在此，鄭州大學(xué)王燁教授及中南民族大學(xué)黃紹專教授等人對改進(jìn) AZIB 的設(shè)計原則和有前景的策略進(jìn)行了全面分析。作者首先總結(jié)了各種反應(yīng)機(jī)理，并討論了正極、電解液和鋅負(fù)極相關(guān)的現(xiàn)有問題以指導(dǎo) AZIBs 的合理設(shè)計。

隨后針對電極/電解液/隔膜優(yōu)化的設(shè)計原則和策略進(jìn)行了深入而全面的討論，并分析了各種策略的優(yōu)缺點，包括新出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換型AZIBs，如 Zn-S電池、Zn-Se電池的設(shè)計原理和策略。此外，作者詳細(xì)揭示了設(shè)計策略對電化學(xué)性能的影響以及當(dāng)前問題與策略之間的關(guān)系。

圖1. AIZB的當(dāng)前挑戰(zhàn)和相應(yīng)策略

最后，作者為設(shè)計更好的AZIBs提供了一些研究趨勢和觀點如下：

（1）應(yīng)加強(qiáng)對 AZIBs 反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)研究；

（2）應(yīng)考慮開發(fā)正極的新設(shè)計策略；

（3）鋅枝晶是公認(rèn)的限制AZIBs發(fā)展的瓶頸；

（4）具有較少活性水和較少界面的固體/凝膠電解質(zhì)是未來發(fā)展的趨勢，研究可能集中在選擇具有新穎結(jié)構(gòu)和原始官能團(tuán)的聚合物；

（5）隔膜和集流體的發(fā)展對于電池性能改進(jìn)也很重要。目前大部分研究還停留在實驗室層面，實際裝置的設(shè)計、制造和評估還很缺乏，未來應(yīng)考慮更多基于工業(yè)應(yīng)用的測試。

圖2. 鋅負(fù)極表面層保護(hù)示意圖

Designing Advanced Aqueous Zinc-Ion Batteries: Principles, Strategies and Perspectives, Energy & Environmental Materials 2021. DOI: 10.1002/eem2.12265

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