中南方国赵EnSM: 水系锌电池电解液/电极界面电化学行为及优化策略

水系锌离子电池（ZIBs）由于环境友好、成本低、本质安全被认为是大规模储能的有前途候选者。然而，仍有许多科学和技术问题没有揭示，特别是对电解液/电极界面（EEI）电化学行为的基本理解，这会深刻影响水系ZIBs的电化学性能。

在此，中南大学方国赵教授等人特别关注EEI的特性和形成机制、EEI 的各种离子电化学行为以及正极和负极的界面优化策略。

(1) 对于正极侧：CEI界面反应的功能机制仍不清楚。有报道称副反应会损害电化学性能，也有称界面反应可以提高水系ZIBs的稳定性和容量。此外，人工界面层工艺复杂，可控制备是一个难题；

(2)负极侧：虽然锌负极的结构调控和人工包覆是非常有效的途径，但直接应用于商用电池的可行性还需要更多的实验和技术验证。此外，涂层策略还存在诸多问题，如涂层制备的规模化、涂层工艺的实用性和涂层厚度的精确控制等问题，需要未来解决；

(3)对于电解液、隔膜等其他成分：这些成分与电极的相容性还缺乏系统的研究。例如，不同类型的正极材料需要匹配含水量、溶剂、溶质等不同的电解液。

图1. 三种EEI形成示意图

最后，作者给出了如下展望：

（1）EEI原位状态分析，采用更先进的“原位”/operando”表征技术，如 FTIR、拉曼、核磁共振等跟踪界面的形成、演化和离子传输途径；

（2）进一步优化EEI，包括CEI（正极-电解液界面：更广泛和彻底地研究界面化学与 Zn²⁺存储机制之间的相互作用）和AEI（负极-电解液界面：控制晶粒尺寸、合金化或构建3D结构有利于形成均匀的表面电场，提高Zn沉积/剥离的CE）；

（3）水系ZIBs的商业化。对于电极来说，正极材料高负载的电化学性能测试是应用的一个非常重要的指标；电解液方面，有必要加大对各种电解液体系与正负极匹配的研究。此外，凝胶电解质/准固体电解质是近年来ZIBs领域的研究热点，其机械性能、柔韧性、热稳定性、化学稳定性和电化学性能仍需要考虑。

图2. 正极表面改性以提高Zn²⁺存储能力

Electrolyte/electrode interfacial electrochemical behaviors and optimization strategies in aqueous zinc-ion batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.011

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