水系锌离子电池的最新研究进展

作     者：孙晴 高筠 SUN Qing;GAO Yun

作者机构：华北理工大学化学工程学院河北唐山063210 

基　　金：河北省自然科学基金项目(E2020209183) 

出 版 物：《材料导报》 (Materials Reports)

年 卷 期：2022年第36卷第17期

页      码：1-7页

摘      要：电化学储能具有能量密度高、响应时间快、维护成本低、安装灵活方便等特点,是未来储能技术的热点发展方向。近年来,锌离子电池由于其成本低廉、比容量高等优点,具有良好的发展前景。水系锌离子电池正极主要有钒基化合物、锰基化合物和普鲁士蓝类似物;负极主要为锌负极;电解液包括水凝胶电解液、离子液、盐包水电解液和具有添加物的电解液。然而,对正极材料而言,锰基化合物中的Mn^(2+)溶解、钒基化合物放电电压过低、普鲁士蓝类似物比容量较低都影响了锌离子电池的性能。锌电极作为锌离子电池负极面临的挑战主要包括:(1)锌枝晶生长;(2)电解液持续消耗和自放电问题;(3)不可逆副产物的产生。水系电解液在充放电过程中会发生水分解及蒸发,影响电池性能。研究者近年来致力于通过掺杂其他元素、表面涂覆与包覆等方式制备新型电极材料来改善水系锌离子电池正极,通过界面修饰、进行新型锌负极的三维结构设计以及新型电解液的设计研发来减少锌枝晶产生,同时向电解液中添加其他溶液可以拓宽电化学窗口,以得到高性能的水系锌离子电池。目前,向正极材料中掺杂钙、镁、钴等元素和表面包覆以聚吡咯为主的高分子导电聚合物制备的新型电极材料已被成功应用。金属离子合适比例的掺杂不仅可以提高材料容量,同时也形成了有利于Zn^(2+)脱嵌的稳定结构。对锌负极修饰如二氧化钛(TiO_(2))、金纳米颗粒、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的表面镀层,或在电解液中添加合适的添加剂,能够提高锌负极的可逆性和稳定性,抑制锌枝晶的生长。上述方法可以直接或间接地提高水系锌离子电池的循环稳定性和库仑效率。本文首先介绍了锌离子电池概况,然后重点阐述了目前水系锌离子电池正极材料、负极材料、电解液和隔膜的研究进展,包括各方面存在的挑战及现有的解决策略,最后对水系锌离子电池电极材料、电解液和隔膜未来的发展进行了展望,为开发制备高性能水系锌离子电池提供了思路。

主 题 词：水系 锌离子电池 锌枝晶 

学科分类：0808[工学-自动化类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.11896/cldb.20080133

馆 藏 号：203114389...