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中南方國趙EnSM: 水系鋅電池電解液/電極界面電化學(xué)行為及優(yōu)化策略

水系鋅離子電池（ZIBs）由于環(huán)境友好、成本低、本質(zhì)安全被認為是大規(guī)模儲能的有前途候選者。然而，仍有許多科學(xué)和技術(shù)問題沒有揭示，特別是對電解液/電極界面（EEI）電化學(xué)行為的基本理解，這會深刻影響水系ZIBs的電化學(xué)性能。

在此，中南大學(xué)方國趙教授等人特別關(guān)注EEI的特性和形成機制、EEI 的各種離子電化學(xué)行為以及正極和負極的界面優(yōu)化策略。

(1) 對于正極側(cè)：CEI界面反應(yīng)的功能機制仍不清楚。有報道稱副反應(yīng)會損害電化學(xué)性能，也有稱界面反應(yīng)可以提高水系ZIBs的穩(wěn)定性和容量。此外，人工界面層工藝復(fù)雜，可控制備是一個難題；

(2)負極側(cè)：雖然鋅負極的結(jié)構(gòu)調(diào)控和人工包覆是非常有效的途徑，但直接應(yīng)用于商用電池的可行性還需要更多的實驗和技術(shù)驗證。此外，涂層策略還存在諸多問題，如涂層制備的規(guī)?；?、涂層工藝的實用性和涂層厚度的精確控制等問題，需要未來解決；

(3)對于電解液、隔膜等其他成分：這些成分與電極的相容性還缺乏系統(tǒng)的研究。例如，不同類型的正極材料需要匹配含水量、溶劑、溶質(zhì)等不同的電解液。

圖1. 三種EEI形成示意圖

最后，作者給出了如下展望：

（1）EEI原位狀態(tài)分析，采用更先進的“原位”/operando”表征技術(shù)，如 FTIR、拉曼、核磁共振等跟蹤界面的形成、演化和離子傳輸途徑；

（2）進一步優(yōu)化EEI，包括CEI（正極-電解液界面：更廣泛和徹底地研究界面化學(xué)與 Zn²⁺存儲機制之間的相互作用）和AEI（負極-電解液界面：控制晶粒尺寸、合金化或構(gòu)建3D結(jié)構(gòu)有利于形成均勻的表面電場，提高Zn沉積/剝離的CE）；

（3）水系ZIBs的商業(yè)化。對于電極來說，正極材料高負載的電化學(xué)性能測試是應(yīng)用的一個非常重要的指標；電解液方面，有必要加大對各種電解液體系與正負極匹配的研究。此外，凝膠電解質(zhì)/準固體電解質(zhì)是近年來ZIBs領(lǐng)域的研究熱點，其機械性能、柔韌性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能仍需要考慮。

圖2. 正極表面改性以提高Zn²⁺存儲能力

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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