Advanced Functional Materials:高电压锌离子电池:设计策略与挑战

可充电锌离子电池由于其固有的安全性、低成本、环境兼容性和具有竞争力的能量密度,近年来在储能应用中引起了广泛的关注。为了实现锌离子电池的实际应用,其能量密度必须与现有的商用锂离子电池相当。为了获得高能量密度,提高电池的工作电压无疑是一种有效的方法,这需要正极材料对Zn2+/Zn表现出较高的电压,同时匹配高度可逆的负极和具有宽电化学稳定窗口的电解液。

近日,广东工业大学李成超课题组系统地介绍了近年来高电压锌离子电池在正极材料、负极和电解液中面临的挑战及相应的设计策略。相关结果发表在Advanced Functional Materials上。

该综述在第一部分介绍了锌离子电池的基本原理,随后介绍了目前在高电压锌离子电池中潜在的正极候选材料,包括普鲁士蓝类似物、聚阴离子化合物、金属氧化物(钴基、锰基、钒基)。同时,讨论了这些材料面临的挑战和相应的设计策略,并阐述了氧化还原反应中影响正极材料电压的因素,电池的储能机理以及进一步提高正极工作电压的策略。对于锌负极存在的副反应和枝晶问题,文章中进行了简单的讨论并介绍了相应的开发策略。更多地,作者还讨论了一些影响电解液性能和电化学稳定窗口的因素,并总结了通过电解液解耦和电解液组成调控(添加剂、含水量、工作离子)来拓宽电解液电化学稳定窗口。最后,作者讨论了未来高电压锌离子电池中需要关注的方面和改性的方向。

论文信息:

High-Voltage Zinc-Ion Batteries: Design Strategies and Challenges

Jianping Yan, Edison Huixiang Ang, Yang Yang, Yufei Zhang, Minghui Ye, Wencheng Du,

and Cheng Chao Li

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202010213