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ChemElectroChem:通过添加剂调节电极/电解液界面以实现无枝晶锌离子电池


Chulalongkorn University秦家千研究员课题组联合三峡大学曹金副教授在ChemElectroChem发表综述文章,总结了水系锌离子电池中添加剂对电极/电解液界面的调控机制,分析了不同种类添加剂对锌金属负极界面枝晶和副反应的抑制情况,并对未来电解液添加剂的研究方向,以及电s极/电解液界面的调控机制做出展望。


水系锌离子电池由于锌金属(Zn)理论比容量高、资源丰富且价格低廉,以及水系电解液的高离子电导率和高安全性等诸多优点,被认为是未来大规模储能系统中最有潜力的候选者。然而,水系锌离子电池的发展仍然面临重大挑战,比如锌金属负极在沉积过程中的枝晶生长以及由水诱发的界面副反应(析氢、腐蚀、钝化等),均会导致库伦效率降低、容量衰减、电池短路等问题,严重影响了水系锌离子电池的循环寿命和未来的应用前景。近年来,研究人员们通过在水系电解液中引入添加剂,调控电极/电解液界面,以此抑制锌枝晶和界面副反应。


本综述将上述具有电极/电解液界面调控能力的添加剂分为金属离子添加剂、无机添加剂、表面活性剂、聚合物添加剂以及有机添加剂五大类别,系统性地总结了提高锌负极稳定性的方法。首先,金属离子添加剂的静电屏蔽作用可以有效避免“尖端效应”;其次,无机类添加剂可以通过优化界面电场分布,调控均匀的锌沉积;此外,表面活性剂类添加剂可以通过调控水分子的活性抑制界面水的分解和副反应;最后,有机类和聚合物添加剂可以通过优化锌离子的溶剂化结构抑制副反应。



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图1 通过添加剂调控电极/电解液界面的策略。

综上,该研究综述以电极/电解液界面为研究切入点,利用不同类型的添加剂所具有的不同特性,成功抑制析氢、腐蚀、枝晶生长以及副产物的问题,极大的提高锌金属负极的循环稳定性。该综述厘清了目前电解液添加剂对电极/电解液界面的调控机制,并对未来高性能、长寿命水系锌离子电池的设计指明了方向。

文信息

Regulating Electrode/Electrolyte Interface with Additives towards Dendrite-Free Zinc-Ion Batteries

Jin Cao, Yongxin Sun, Dongdong Zhang, Ding Luo, Haiyang Wu, Xu Wang, Chengwu Yang, Lulu Zhang, Xuelin Yang, Jiaqian Qin

文章第一作者为曹金副教授


ChemElectroChem

DOI: 10.1002/celc.202400064



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