摘要：可穿戴传感器在运动、医学、康复等多个领域的应用极大地方便了对人体运动指标信号的捕捉和监测,有效避免了运动损伤,降低了就医频率甚至挽救了许多生命。随着可穿戴传感器的应用和普及,与之适配的柔性能源供应系统成为其发展的关键。近年来研究者们基于不同的能量释放方式,研究和设计了多种柔性能源供应系统,其中柔性锌离子电池以其高能量密度、高弹性模量、高循环稳定性和高安全性在众多供能体系中脱颖而出,成为可穿戴传感器最具潜力的柔性能源供应系统之一。本文综述了柔性锌离子电池近年来在可穿戴传感器方面的研究进展,主要介绍和总结了电池各组件(集流体、电极(正极、负极)、隔膜、电解质、封装)的材料类型、特点以及与可穿戴传感器集成的应用情况,最后讨论了柔性锌离子电池目前面临的问题和挑战。

摘要：新兴的可充电锌离子电池具有高安全性、环境友好、低成本、操作简单等优势,因此成为极具应用前景的下一代储能设备之一。然而,其在低温条件下展现出较低的放电容量以及功率密度,有时甚至无法正常运行,严重制约可充电锌离子电池的实用性。因此,本文对近期相关文献进行探讨,从电极材料的设计、优化电解质以及改进其他组件三个方面综述了提高锌离子电池低温性能的策略,着重介绍了晶体工程和组分设计在提高电极材料低温离子传导率方面的作用机制。对于电解质优化策略,重点分析了水系高浓度电解质、有机电解质、准固态/固态电解质、电解质添加剂、共晶电解质五种方法对降低电解质凝固点和提升锌离子电池低温电化学性能的机理。此外,简要阐述了高亲水性黏结剂以及高电导率隔膜等改进方法。综合分析表明,通过晶体工程、准固态/固态电解质和电解质添加剂等多种策略的协同耦合,有望实现研制具有高比容量、长循环稳定性和大倍率性能的低温锌离子电池。

摘要：设计构建了纳米铜修饰的三维锌网电极(Nano Cu@3D ZnMesh,简称3D Cu-Zn电极),并将其作为锌沉积的宿主材料用作锌离子电池的负极,获得了稳定的、具有长循环寿命的锌负极材料.3D Cu-Zn电极的三维(3D)锌网骨架和表面均匀分布的3D树枝状纳米铜可以降低局部电流密度,并为锌的沉积提供结构支撑和容纳空间.锌网表面具有的较强锌结合能力的铜和后续原位形成的铜锌合金,可以有效降低锌形核的过电势,并作为均匀分布的形核位点引导锌的均匀成核和沉积.这种3D Cu-Zn电极宿主材料表现出较低的形核过电势和界面阻抗,并在对称电池中表现出优异的循环稳定性,在0.5 mA/cm^(2)的电流密度下可以稳定循环超过1100 h.3D Cu-Zn电极与MnO_(2)组装的全电池表现出更小的极化、良好的倍率性能和循环性能.

摘要：水系锌离子电池由于其优异的安全性、地壳丰度、成本低廉及绿色环保等优势被认为是一种有前景的储能设备,但设计出一种高比容量、长循环寿命及优异倍率性能的水系锌离子电池正极材料依然面临诸多挑战。本文提出了一种重金属钨掺杂改性的V_(2)O_(5)纳米片球水系锌离子电池正极材料。钨掺杂提高了V_(2)O_(5)的晶面间距和离子迁移速率,且W—O键的形成明显改善了V_(2)O_(5)在循环过程中因结构破坏,较低的本征电导率等问题导致的容量衰减情况。W掺杂的V_(2)O_(5)在0.1 A/g电流密度下循环100圈后比容量为195 mA·h/g,在1 A/g大电流密度下循环1000圈后比容量为243 mA·h/g。此工作为今后设计出高性能水系锌离子电池正极材料提供了一种简易、高效、可行的方案。

摘要：可充电水系锌离子电池(ZIBs)由于性能优良、价格低廉、环境友好等优点而被广泛研究,而针对高容量、长循环寿命的ZIBs阴极结构设计成为该领域研究的热点。采用同轴静电纺丝法,以PAN溶液为皮层,含有Mn(NO_(3))_(2)·xH_(2)O的PAN溶液为芯层制备纳米纤维膜,并对其炭化后得到了一种表面具有类皮脂腺凸起结构的碳纳米纤维(MCNFs),在其表面电化学沉积MnO_(2),制得了与电解液具有优良亲和性的MnO_(2)@MCNFs阴极材料。研究表明:设计得到的类皮脂腺结构不仅增大了阴极比表面积,而且在MCNFs基底与电化学沉积的α-MnO_(2)活性物质之间形成铆接效应,加固了界面结合,减少活性物质脱落,降低界面电阻,缩短了电子传导和离子扩散路径。对其电化学性能进行测试,芯层Mn(NO_(3))_(2)·xH_(2)O含量为3%的阴极在100 mA/g的电流密度下,首周次比容量达581.16 mAh/g;在1 A/g电流密度下循环1000周次后比容量仍大于120 mAh/g,库仑效率保持在99%左右。

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。

摘要：水系锌离子电池由于具有安全性高、成本低的特点,在柔性储能领域得到广泛关注.然而,传统柔性水系锌离子电池处于零下温度时,由于其电解质的凝固,电池容量会发生严重衰减.此外,当电池承受大幅度的形变后,其外包装易发生破损,造成电解质中水分的挥发,最终导致器件失效.在本文中,我们开发了一种基于聚丙烯酰胺(PAM)和甘油(Gly)的耐低温、保湿凝胶电解质.PAM和Gly与水分子之间的强氢键作用不仅抑制了凝胶电解质在低温时的凝固,而且限制了电解质中自由水的挥发.基于该电解质的柔性水系锌离子电池在-40℃时仍具有优良的电化学性能,并且无封装的电池在30天后仍保持了初始容量的98%.该工作提供了一种设计水系储能器件用耐低温、保湿凝胶电解质的新思路.

摘要：水系锌离子电池具有低成本、高安全的特点,有望应用于大规模储能.然而,锌负极的循环稳定性仍不理想,且水系电池缺少合适的亲水隔膜,这限制了水系锌离子电池的实际应用.在本文中,我们报道了一种可用于水系电池的分级多孔的聚偏二氟乙烯-双三氟甲磺酰亚胺锂(PVDF-LiTFSI)(PVDF-Li)隔膜.均匀混合的LiTFSI盐降低了PVDF的结晶性,使隔膜具有优异的机械强度,并形成分级的孔隙结构.这种LiTFSI诱导的分级多孔结构有助于实现Zn2+的快速传输和锌的均匀沉积,同时保证隔膜在水系电解液中具有优异的润湿性.这种先进的PVDF-Li隔膜能显著抑制锌枝晶的生长,提高水系锌离子电池的循环寿命.因此,使用PVDF-Li隔膜的Zn||V2O5电池的初始容量达324 mA h g-1,比传统玻璃纤维隔膜高27%,且容量保持率也得到大幅提升.该研究设计了一种功能隔膜来调控正负极反应的均匀性,这为高性能水系电池的开发提供了新的思路.

摘要：中性/弱酸性水系锌锰电池因其能量密度高、价格低廉、环境友好等优势受到广泛关注。然而,现有的二氧化锰正极材料存在导电性能差,在充放电过程中易于溶解等问题。这严重影响了电池的倍率性能和循环稳定性,阻碍了中性锌锰电池的应用。为了解决上述问题,本文设计了以碳纳米管(CNT)网络薄膜为导电基底沉积聚吡咯(PPy)包覆二氧化锰(PPy@MnO_(2)/CNT)的多级结构电极。碳纳米管和聚吡咯组装形成高比表面积的三维交联导电网络,为活性材料提供了快速的电子、离子传输通道;聚吡咯包覆纳米级二氧化锰能够有效地抑制二氧化锰的溶解,进而提升电池的倍率特性和循环稳定性。以PPy@MnO_(2)/CNT作为正极材料组装的水系锌锰电池在1 A·g^(-1)的电流密度下,比容量达到210 mAh·g^(-1),循环1000圈后,电池依然具有较高的容量保持率(85.7%)。本工作的导电聚合物包覆活性物质的策略可为发展高稳定柔性储能器件提供新思路。

摘要：水系锌离子电池由于其高安全性、环境友好、低成本和高能量密度而成为大规模储能应用中最有前途的系统之一。与水系锌离子电池正极材料的大量研究相比,改善锌负极电化学性能的研究仍处于起步阶段。由于枝晶生长、自腐蚀和不可逆副产物的形成,锌负极面临循环性差和库仑效率低等挑战。为了弥补水系锌离子电池中锌负极的固有缺陷,近年来已经开发了一些有效策略,如负极和电解液之间的界面修饰、锌负极的结构设计以及电解液设计。介绍了锌负极的最新研究进展,对水系锌离子电池未来的研究和发展方向进行了展望。