随着人们对大规模储能需求的日益增加,高安全性、低成本的可充电锌离子电池(ZIBs)被认为是锂离子电池(LIB)的潜在替代储能技术。尽管在探索高性能正极和稳定的锌负极已经取得了众多成果。然而,许多根本性问题仍然阻碍着锌基储能技术的发展。电解质作为电池的关键组成部分,为电池各部件的高兼容性和可逆循环提供了基本的运行环境。
有鉴于此,中南大学梁叔全教授,周江教授全面综述了通过电解质策略解决或缓解正极溶解、锌枝晶和腐蚀、析氢等以获得高性能ZIBs的研究进展。
文章要点
1)近年来,ZIBs的研究主要集中在合适的正极材料的开发、工作机理的探索以及锌负极的稳定和更换等方面。但锌基电池仍然面临许多挑战,包括低镀Zn/剥离效率,较差的锌利用率以及寄生反应等。作者首先简要总结ZIBs电池电极材料的发展现状和存在的问题。
2)作者接下来总结了用于解决上述问题的电解质优化策略的研究。非水电解质在避免水引发的副反应、稳定锌负极、实现高镀Zn/剥离库仑效率方面有了长足的发展。考虑到自由水分子数量的减少,固态电解质(SSEs)可以有效缓解循环过程中的水诱导副反应和析氢问题。通过合理的结构和组成设计,大多数凝胶电解质都能表现出较好的力学性能和功能化特性。
3)作者最后指出,尽管电解质优化在改善可充电ZIBs性能方面已经取得了可喜的研究进展,但仍需在以下几个方面进行更深入的研究,以推动ZIBs的进一步发展。主要包括:1)在水溶液中调节锌离子溶剂化结构;2)开发DES这一无毒、低毒、可生物降解的新型绿色溶剂;3)发展助溶剂电解质,逐步建立该体系中水分含量的定量标准;4)凝胶电解质仍是一个极具前途的研究方向。
参考文献
Cunxin Liu, et al, Electrolyte Strategies toward Better Zinc-Ion Batteries, ACS Energy Lett. 2021
DOI: 10.1021/acsenergylett.0c02684
https://dx.doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02684