哈理工陈明华EnSM: 高性能水系锌离子电池的挑战和设计策略

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具有近中性水系电解液的锌离子电池 (ZIB) 因其低成本、高安全性、理想的比容量和环境友好性而被认为是大规模储能和可穿戴电子应用的候选者。
然而，电极反应动力学缓慢、结构稳定性差、锌枝晶生长严重以及整个电池的电化学稳定性窗口狭窄仍然阻碍了其发展。
哈理工陈明华EnSM: 高性能水系锌离子电池的挑战和设计策略
在此，哈尔滨理工大学陈明华教授等人从整个电池系统的角度总结改善水系ZIBs不同电化学性能的挑战以及针对特定挑战的设计策略。首先，作者简要总结了水系ZIBs电极材料和储能机制的最新进展。
具体而言，深入讨论了面临的优化比容量、寿命和输出电压的关键挑战以及相应的设计策略。最后，还提出了满足大规模储能和智能电子等实际应用的一些潜在挑战和进一步发展方向。
哈理工陈明华EnSM: 高性能水系锌离子电池的挑战和设计策略
图1. 水系ZIBs的电极材料发展史及性能对比
作者最后展望了ZIBs的未来研究前景：
1）深入了解反应机理；
2）迈向高能量密度系统；
3）发展柔性可穿戴水系ZIBs；
4）研发在极端温度下工作的水系ZIBs。
目前大部分研究仍处于实验室阶段，大多数研究都没有提到商业化的许多方面，例如活性材料质量负载、电解质用量、体积能量密度和成本分析。为了在上述领域实现水系ZIBs的商业化，需要付出巨大的努力来克服剩余的挑战。
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图2. 水系ZIBs的储能机制
Challenges and design strategies for high performance aqueous zinc ion batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.044

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