Small Structures:锌离子电池高性能阴极材料的最新进展

锂离子电池(LIBs)由于其高能量密度和优异的循环寿命,已成为21世纪最主要的二次能源技术,然而,LIBs具有固有的安全和环境问题,且面临着原材料供应不足的问题。在可以替代LIBs的其他种类电池中,锌离子电池(ZIBs)具有较低的成本、高安全性和中高的容量,同时原料价格低廉、丰度理想,被认为是最有前景的多价金属离子电池。迄今为止,ZIBs迈向实际应用的瓶颈仍然是缺乏合适的阴极材料来满足多方面的关键要求,包括稳定的形态和晶体结构、高放电容量、高工作电压、高成本效益以及环境友好性。

Mn基和V基阴极材料一直是ZIBs发展的主要焦点,但Mn基材料结构不稳定,容量容易快速衰减,而V基化合物的稳定性和容量比Mn基阴极好,但工作电压低,阻碍了其实现高能量密度的能力。最近,滑铁卢大学的陈忠伟院士和余爱萍教授课题组综述了ZIBs新的阴极材料类别,如普鲁士蓝类似物(PBAs)、聚阴离子化合物、金属硫化物、和有机化合物等,结果发表在Small Structures上(DOI:10.1002/sstr.202000064)。

这些材料表现出可用于ZIBs阴极的有利特性,例如:具有大晶体扩散通道的PBAs呈现出高放电电压(1.7-1.75 V vs Zn/Zn2+),聚阳离子含有高丰度的结构空位,有利于Zn2+的互溶动力学,金属硫化物则可以承受ZIBs循环过程中的大体积膨胀,而有机化合物由于其特殊的化学性质,表现出高放电容量和优异的循环性能。在这项工作中,作者对众多ZIBs阴极材料的性能和工作机理进行了评价和回顾,并讨论了它们的优缺点和合成策略,最后展望了开发新型ZIBs阴极材料的未来。

译者:潘奕辰,天津大学化工学院,硕士研究生。