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具有近中性水系電解液的鋅離子電池 (ZIB) 因其低成本、高安全性、理想的比容量和環(huán)境友好性而被認(rèn)為是大規(guī)模儲能和可穿戴電子應(yīng)用的候選者。

然而，電極反應(yīng)動力學(xué)緩慢、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、鋅枝晶生長嚴(yán)重以及整個電池的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口狹窄仍然阻礙了其發(fā)展。

哈理工陳明華EnSM: 高性能水系鋅離子電池的挑戰(zhàn)和設(shè)計策略

在此，哈爾濱理工大學(xué)陳明華教授等人從整個電池系統(tǒng)的角度總結(jié)改善水系ZIBs不同電化學(xué)性能的挑戰(zhàn)以及針對特定挑戰(zhàn)的設(shè)計策略。首先，作者簡要總結(jié)了水系ZIBs電極材料和儲能機制的最新進(jìn)展。

具體而言，深入討論了面臨的優(yōu)化比容量、壽命和輸出電壓的關(guān)鍵挑戰(zhàn)以及相應(yīng)的設(shè)計策略。最后，還提出了滿足大規(guī)模儲能和智能電子等實際應(yīng)用的一些潛在挑戰(zhàn)和進(jìn)一步發(fā)展方向。

圖1. 水系ZIBs的電極材料發(fā)展史及性能對比

作者最后展望了ZIBs的未來研究前景：

1）深入了解反應(yīng)機理；

2）邁向高能量密度系統(tǒng)；

3）發(fā)展柔性可穿戴水系ZIBs；

4）研發(fā)在極端溫度下工作的水系ZIBs。

目前大部分研究仍處于實驗室階段，大多數(shù)研究都沒有提到商業(yè)化的許多方面，例如活性材料質(zhì)量負(fù)載、電解質(zhì)用量、體積能量密度和成本分析。為了在上述領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)水系ZIBs的商業(yè)化，需要付出巨大的努力來克服剩余的挑戰(zhàn)。

圖2. 水系ZIBs的儲能機制

Challenges and design strategies for high performance aqueous zinc ion batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.044

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