周豪慎/杨慧军ACS Energy Lett.观点: 水活性调控引领未来水系锌电发展！

目前，水分子的高活性仍然对锌离子电池构成威胁，导致锌负极过早失效、正极溶解和低温性能较差。鉴于对水分子状态及其与锌离子电池性能的交织关联的了解较浅，因此，迫切需要强调调节水分活度的重要性并总结水系锌离子电池的最新进展。

在此，日本筑波大学周豪慎教授、产业技术综合研究所（AIST）杨慧军等人总结了有关抑制水活性方法的开创性研究，以及对控制水系电解液特性的分子水平相互作用的全面和基本理解。

首先，作者详细介绍了水分子与锌金属负极的相互作用。然后，总结了解决与锌负极相关问题的策略，包括增加水系电解液盐浓度、有机/离子液体电解液、配体辅助水系电解液、构建先进界面、凝胶/胶体电解质等。同时，正极材料在运行过程中会因水在介质中的溶解而导致容量显著衰减，浓缩电解质溶液或通过配体辅助电解液的创新可缓解穿梭问题并有利于电池循环。在低温条件下，氢键和离子相互作用的强度在溶液中应很好地平衡以获得最低的固液转变温度。此外，具有配体的电解液工程也是提高水系锌离子电池低温性能的有效策略。

图1. 锌负极上的界面副反应示意图

最后，作者总结了水系锌离子电池未来发展的挑战：

（1）实际应用需要无负极电池或使用有限量的锌金属作为负极，这进一步挑战了锌的可逆性；

（2）具有高面积容量和贫电解液状态的深度循环负极对于实现具有更高能量密度和更低成本的水系电池至关重要；

（3）低温下离子电导率不足仍然是一个问题，牺牲了电池倍率性能；

（4）高温时水的挥发性、与锌负极的反应限制了其高温下的应用。

因此，为实现完全实用的水系锌离子电池，应进一步努力降低水的活性。配体辅助电解液有望成为未来研究甚至实际应用的最有希望的候选者：一方面，多功能电解质可根据配体的选择而变化，待探索的配体空间十分广阔；同时，配体的引入有望重组电解液的溶剂化结构或破坏氢键，从而在锌负极可逆性、正极稳定性和低温性能方面产生巨大差异。

图2. 配体辅助水系电解液的研究示例

Regulating Water Activity for Rechargeable Zinc-Ion Batteries: Progress and Perspective, ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01152

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周豪慎/杨慧军ACS Energy Lett.观点: 水活性调控引领未来水系锌电发展！

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