第一作者：Jiahao Chen, Zhongfu Yan, Kun Li
通讯作者：Anjun Hu, Miao He, Jianping Long
单位：成都理工大学，新加坡科学技术研究局 (A*STAR)
【研究背景】
水系锌基电池具有高安全性、低成本和令人满意的能量密度等优点，被认为是未来储能系统中最有前途的候选材料之一。然而锌负极处发生的枝晶生长猖獗，副反应严重等问题阻碍了其进一步发展。近年来，越来越多的研究表明，副反应的发生与电解质中属于Zn2+溶剂化结构的活性水分子密切相关，通过调节两者之间的关系来减少副反应的发生已被证明是一条可靠的途径。然而，缺乏对该路线的内在机制和实际应用的系统总结。亟需从内在机理出发，对通过调节Zn2+与pO的关系来抑制副反应的实验策略进行全面综述，分析其进一步实施的的潜力及未来改性手段。
【文章简介】
基于此， 成都理工大学龙剑平教授课题组联合新加坡科学技术研究局Zhi Wei Seh研究员 在国际期刊 Battery Energy 上发表题为「 Regulating the relationship between Zn2+ and water molecules in electrolytes for aqueous zinc-based batteries 」的综述文章。本综述首先讨论了水分子在锌负极温和电解质的热力学、传质和成核过程中的意义。此外，还深入研究了水分子对锌负极构成的电化学挑战和问题。随后，提供了与该主题相关的问题和策略的全面分类，并进行了对该主题的更深层次的探索。最后，提出了水系锌基电池锌负极面临的挑战和未来的发展前景。
【内容表述】
锌负极容量退化快、充电效率低，阻碍了其在可充电电池中的商业化应用。这一问题的主要原因是锌枝晶的猖獗生长，锌负极的腐蚀和副反应不受控制。这些问题无疑与水电解质中pO分子的存在有着密不可分的联系。
图1 锌负极上枝晶、副反应和腐蚀现象的示意图
pO作为水溶液电解质的基础和关键成分，为Zn2+的快速运输创造了适宜的环境，显著提高了AZB的电化学性能。然而，由于pO的极性性质，Zn2+不会在电解质中孤立存在。相反，它与水分子形成高度有序和结构化的结合，称为溶剂化壳结构.因此，当Zn2+在电极和电解质之间发生氧化还原反应时，不可避免地会涉及到pO。
图2 水分子在电解质的中热力学、传质和成核过程中的作用机理
为了解决上述挑战，研究水和溶剂化壳在水溶液中的作用至关重要。人们参考了锂金属电池的改性方法，在锌和电解质之间设计了具有类似SEI功能的界面层。根据材料的类型对界面层进行了分类，并总结了它们如何调节Zn2+−pO关系，从而根据不同的机制和改性策略改善Zn负极的性能。从电解质添加剂、高浓度电解质(WIS)和深共晶电解质三部分来讨论电解质工程。电解质的性质和组成对锌负极上Zn2+和pO的关系的调节有重要影响。除了锌负极的界面工程外，电解质本身对锌负极的电化学行为、稳定性和整体性能起着举足轻重的作用。
图3 锌离子和水分子之间关系的调控策略
【总结与展望】
尽管现阶段取得了令人满意的进展，但对于如何更有效地调节Zn2+和pO之间的关系，本文提出了三个观点，以彻底解决AZB大规模商业化所面临的挑战。（1）有必要对锌负极的机理部分进行更详细的研究。（2）必须开发先进的材料和创新的改性思想，特别是当多种改性策略相结合时。（3）需要进一步研究表征试验和理论计算模拟的先进方法。
图4 水系锌基电池的展望
Chen J, Yan Z, Li K, et al. Regulating the relationship between Zn2+ and water molecules in electrolytes for aqueous zinc-based batteries. Battery Energy. 2023; DOI:10.1002/bte2.20230063
注：本站转载的文章大部分收集于互联网，文章版权归原作者及原出处所有。文中观点仅供分享交流，如涉及版权等问题，请您告知，我将及时处理。
