摘要：面向国家“双碳战略”需求,结合科技前沿和高校学生科研实践,设计了以低成本和高安全性为主要优势的锌-二氧化锰(Zn-MnO_(2))二次电池,并形成了一个标准化的物理化学综合实验。本实验首先通过水热法制备了α-MnO_(2),采用X射线衍射和扫描电子显微镜对制得α-MnO_(2)的结构与形貌进行了表征,随后使用电池测试仪对锌片负极与α-MnO_(2)正极组装成的Zn-MnO_(2)锌离子电池进行了循环伏安、倍率和循环稳定性等电化学性能测试。该实验将科研热点转化为综合教学实验,从实验室走进日常生活,集化学材料合成、表征与电池电化学性能测试于一体,实验的不同模块可满足多种教学需求。此外,探究式学习与综合性操作相结合有助于提高学生的实验兴趣及化学实验操作水平;在教学过程中融入思政元素,渗透绿色理念,引导学生形成安全无污染的化学实验意识和可持续发展思想。

摘要：该文总结了柔性锌离子电池(ZIBs)中水凝胶电解液在低温甚至是超低温下的优化设计方法.引入多元醇、添加无机离子化合物和修饰水凝胶网络结构等方法可以抑制水凝胶电解液中水分子间氢键的形成,提升水凝胶电解液的低温耐受性,使柔性ZIBs可以在低温环境中正常工作.耐低温水凝胶电解液的研究处于初级阶段,仍有一些方面值得进一步探究:(1)水凝胶电解液内在抗冻机制的研究;(2)可降解水凝胶电解液的设计;(3)兼具耐低温特性和优异电化学性能的水凝胶电解液的开发.

摘要：水系锌离子电池因其成本低、理论能量密度高和本征安全等,在储能电站、柔性可穿戴电池等领域极具发展潜质.静电纺丝技术可以实现锌离子电池相关材料在纳微米尺度上的掺杂、复合和结构设计,实现其在宏观性能上提高,抑制/减缓锌离子电池中枝晶生长、结构坍塌和析氢/氧等问题.因此,静电纺丝纤维基材料具有组分可调控性广、柔性自支撑能力强和规模化生产能力好等特点,使其在水系锌离子电池中得到广泛的研究和应用.根据静电纺丝技术特点和水系锌离子电池的储能特性,总结分析了静电纺丝纤维基材料在电极活性材料和电极隔膜中的研究进展,并对静电纺丝技术在水系锌离子电池中存在的问题和发展方向进行评述.

摘要：锌离子电池因其资源丰富、成本低廉、环境友好等优点近年来逐渐得到发展。因此,ZIB受到了研究人员的极大关注,被认为是下一代便携式储能系统。但锌枝晶和一系列副反应导致锌枝晶整体性能差,制约了锌枝晶的发展。构建三维锌阳极是提高其电化学性能的有效途径。本文综述了不同结构的锌阳极,包括三维骨架单层网络、三维离子筛夹层、梯度电极设计和预制锌负极沉积界面。三维锌阳极具有较高的比表面积,较高的比表面积为锌离子提供了更多的成核位点,促使锌离子均匀沉积。并且由于电流密度降低,成核过电位也会降低;三维结构为锌离子的运输提供了通道,有利于锌离子通量的均匀,也可以限制锌的沉积行为,从而减少阳极的体积变化。希望能为锌阳极的发展指明方向。

摘要：水系锌离子电池具有功率密度高、环境友好、安全性高、低成本和锌资源丰富等优点,被认为具有潜力成为下一代电化学储能系统。然而,正极材料较差的电化学性能制约了水系锌离子电池的未来发展。尽管氧化锰、氧化钒、普鲁士蓝类似物、有机材料等多种材料已被广泛研究,设计具有高性能的理想正极材料仍面临着巨大挑战。无氧钒基化合物由于具有高的电导率、大的层间距、低的离子扩散势垒和高的理论比容量,受到越来越多的关注。本文总结了无氧钒基化合物的研究进展,包括电极材料的设计、改善其电化学性能的有效途径以及复杂的储能机制,提出了无氧钒基化合物目前面临的挑战和未来的发展前景,为进一步制备新型高性能钒基正极材料提供指导。

摘要：为了进一步提高锌离子电池的性能,同时对电池正极和负极进行设计。首先以过硫酸铵[(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)]与硫酸锰(MnSO_(4))为原料,通过调节原料不同浓度比,利用液相共沉淀法合成了不同晶型的二氧化锰(MnO_(2)),研究发现随着(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)∶MnSO_(4)摩尔浓度比的增大,MnO_(2)晶型由海胆状γ-MnO_(2)逐渐转变成细棒状α-MnO_(2)。通过将MnO_(2)粉末样品制成锌离子电池正极材料,并组装电池测试电化学性能后发现,海胆状γ-MnO_(2)相比于细棒状α-MnO_(2)具有更高的比容量,在0.1A/g的电流密度下γ-MnO_(2)可达到354mAh/g的高放电比容量,而α-MnO_(2)的放电比容量为200mAh/g。其次以锡为基底通过电沉积锌制备了锡/锌(Sn/Zn)金属复合负极改进了负极性能。最后选取高容量的γ-MnO_(2)为正极并匹配Sn/Zn负极装配成γ-MnO_(2)||Sn/Zn锌离子电池,其在1A/g的电流密度下循环1000圈依旧维持125mAh/g的容量。

摘要：采用水热法设计构筑三维花状二硫化钼，并利用XRD、SEM、RAMAN、TG等测试方法对产物的结构和形貌进行了表征，进而作为正极材料组装成锌离子电池并对其进行电化学测试分析，在充放电电压区间为0．2-1．2V、电流密度为1．0A／g条件下，首次放电比容量可达63．9mAh／g，100次循环后其放电比容量保持在53．6mAh／g，容量保持率为83．9％。较高的比容量和循环稳定性使MoS2成为有前景的锌离子电池正极材料之一。

摘要：通过水热法合成磷掺杂二硫化钼纳米球,并研究其在锌离子电池中的应用。P-MoS_(2)纳米球中MoS_(2)的层间距为0.92nm。增大的层间距有利于Zn^(2+)的扩散。此外,P掺杂提高了MoS_(2)的导电性和结构稳定性。基于以上优点,在1.0A/g的电流密度下,Zn//P-MoS_(2)电池具有108.2mAh/g的高放电比容量,经过500次循环后容量保持率仍然有82.0%。此外,库仑效率在整个循环过程中都接近100%。

摘要：以羟基纳米纤维素为原料,利用其表面丰富的羟基还原KMnO 4,在纳米纤维表面原位生成MnO_(2)纳米颗粒,并与Super P混合,通过简单抽滤的方式获得CNF@MnO_(2)/Super P自支撑正极。结果表明:无粘结剂的CNF@MnO_(2)/Super P自支撑正极具有较高的循环稳定性,在0.5 A·g^(-1)的电流密度下,循环800圈后,容量仍能达到247 mAh·g^(-1);均匀分布的纳米MnO_(2)与Super P能够有效缩短离子和电子扩散路径,大大降低材料的电阻,使正极具有良好的倍率性能,在2 A·g^(-1)的电流密度下,循环300圈之后,电池容量仍保持在175 mAh·g^(-1),库仑效率~99%;利用该正极良好的延展性,制备了软包电池,并表现出了较高的循环稳定性和容量保持率,该工作为柔性无粘结剂的水系Zn-MnO_(2)二次电池的设计开发提供了新的研究思路。

摘要：水系可充电锌/二氧化锰电池因其成本低廉、能量密度高而引起了广泛关注.然而,缓慢的反应动力学和MnO_(2)阴极的歧化反应以及不可逆的相变现象对其发展造成了严重阻碍.在此,我们选用了Mo掺杂α-MnO_(2)(Mo–MnO_(2))作为阴极材料,通过铵根离子插层机制所形成的N–H···O强键合作用来稳定Mo–MnO_(2)的2×2隧道结构,并且有效抑制了Mn^(3+)溶解,在质子插入/脱出过程中不会引起晶格的畸变,进一步提高了其循环稳定性.获得的Mo–MnO_(2)正极在100 mA g^(−1)时表现出265.2 mA h g^(−1)的高比容量和364.3 W h kg^(−1)的能量密度.在2.0 A g^(−1)下1000次循环后,容量保持率达95.2%.这项工作有助于深入了解非金属阳离子在电极主体材料间的键合作用,为设计具有高能量密度和长期循环能力的水系锌离子电池提供了新思路.