Small Methods:先进锌基电池的合理设计方法

近年来,具有高能量密度的锂离子电池(LIBs)(> 240 Wh kg-1)几乎占据了可充电电池的市场,被广泛应用于消费电子产品和(混合动力)电动汽车等领域。但是,锂的资源稀缺、复杂的制造技术以及使用剧毒/易燃有机电解液等阻碍了锂离子电池的大规模应用。相比之下,使用水系电解液的可充电水系电池本质上具有一定的安全性和成本效益,使其成为电网规模储能系统最具竞争力的候选者。其中,可充电水系锌基电池(AZBs)因其锌金属负极具有的以下优点而受到广泛关注:高理论容量(820 mAh g-1)、低电化学电位(-0.76 V vs.标准氢电极(SHE)在中性或弱酸性电解液中;-1.21 V vs SHE 在碱性电解液中)和自然丰度高等。近年来,研究者们对AZBs进行了一系列研究,并且也已经报道了许多关于AZBs的有意义的工作。但是,目前能量密度不足和稳定性不够理想成为阻碍其进一步应用的关键。

近日,中山大学卢锡洪余艳霞团队系统综述了近年来AZBs的最新进展,并从能量密度和稳定性的角度着重总结了优化正极、负极和器件结构的构筑策略,并在此基础上提出了该领域面临的挑战和机遇。

作者们首先介绍了AZBs的储能机理,接着从能量密度的角度综述了提升AZBs比容量的方法,包括预插层离子、掺杂、缺陷工程、表面包覆等,以及提高AZBs工作电压的方法等。作者们还总结了近年来构筑稳定锌负极的主要方法和组装新型电池结构的方法。最后,作者们分享了该领域面临的挑战和机遇,如目前缺少合适的正极材料是阻碍AZBs进一步发展的主要障碍;目前还缺乏一种普适性的方法来同时解决锌负极的枝晶生长、腐蚀和钝化;解耦型电池可以有效提高电池的工作电压,但是成本较高的离子交换膜阻碍了其进一步发展,因此可以构建一种新的凝胶电解质层,以减少氢离子和氢氧根离子的扩散;研究电极的容量衰减机理对高性能AZBs的研制具有重要的知道意义,但目前还存在一定的挑战等。

图1 高性能AZBs的设计策略。

论文信息:

Methods for Rational Design of Advanced Zn-Based Batteries

Yi Wang, Jinhao Xie, Jun Luo, Yanxia Yu*, Xiaoqing Liu, Xihong Lu*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202200560

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smtd.202200560