水系锌离子电池锌负极保护策略

摘要

水系锌离子电池采用金属锌作为负极材料,具有绿色环保、安全等优势,有望用于大规模储能。锌金属的储量比锂更加丰富,也更容易开采与提纯。同时,锌具有较低的氧化还原电位(-0.76V vs SHE)和较高的理论比容量(820 mAh·g^(-1))和体积容量密度(5854 mAh·cm^(-3))。由于充放电过程中存在锌枝晶和不可逆副产物(如H2、ZnO、Zn4(OH)6SO4)等问题,造成锌负极的库仑效率较低,严重缩短了电池的循环寿命,限制了其实际应用。本文针对锌负极在实际应用中遇到的困难与瓶颈,从微观层面分析了锌负极沉积/溶解的动力学与热力学机理,并从锌电极表面改性、锌片内部结构优化、电解液改性和新型隔膜等方面,介绍了锌负极保护的各种策略,并通过具体实例,分析了其制备方法和改性机理以及最终对电池性能的改善效果,为实用高效的锌负极保护方法提供了思路。最后,文章讨论了锌负极在商业化过程中面临的机遇和挑战,并对未来的研究前景和热点进行了展望。