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喬世璋/吳超EES綜述: 水系鋅離子電池鋅/電解液界面的調(diào)節(jié)及有效性評估

水系鋅離子電池 (ZIB) 因其安全性、成本效益和環(huán)境友好性而引起了廣泛關(guān)注。然而，由于枝晶生長和水誘導(dǎo)的副反應(yīng)，金屬鋅負極在水系電解液中仍然存在庫侖效率差和循環(huán)穩(wěn)定性有限等問題，已經(jīng)提出了各種鋅/電解液界面策略來解決這些問題，但每種方法的工作機制仍未完全了解，且這些策略的有效性評估技術(shù)還沒有達到一致的標(biāo)準(zhǔn)。

在此，澳大利亞阿德萊德大學(xué)喬世璋教授及伍倫貢大學(xué)吳超等人全面總結(jié)了對鋅/電解液界面策略的基本認識，包括機理設(shè)計、新方法的提出和技術(shù)挑戰(zhàn)。

作者首先概述了水系Zn金屬電池的優(yōu)點和挑戰(zhàn)（Zn枝晶的不可控生長和界面的副反應(yīng)），只有緩解甚至解決這些問題才能實現(xiàn)Zn負極的高可逆性。作者總結(jié)了目前開發(fā)出的可緩解以及解決上述問題的各種Zn金屬表面改性策略：

i）人工和原位SEI保護層（SEI保護層設(shè)計準(zhǔn)則、SEI構(gòu)建路線圖及其優(yōu)缺點）；

ii）初始Zn成核層方面（Zn成核層的判斷標(biāo)準(zhǔn)和成核層路線圖）。

圖1. 在鋅金屬表面構(gòu)建理想保護層的通用標(biāo)準(zhǔn)

作為界面的另一個重要組成部分，電解液也可以通過抑制枝晶Zn沉積和延緩副反應(yīng)來提高Zn負極的CE。作者總結(jié)了最常報道的一些策略：

i）引入電解液添加劑；

ii）開發(fā)功能性電解液；

iii）Zn²⁺溶劑化簇的調(diào)控。

最后總結(jié)了包括電化學(xué)法（Zn/Cu或Zn/Ti電池中的CE，對稱Zn-Zn電池的循環(huán)壽命和全電池性能），表征方法，計算模擬等界面策略有效性評估技術(shù)，從而為準(zhǔn)確評價和分析水系ZIB提供指導(dǎo)，以期在未來開發(fā)高性能的ZIBs。

圖2. 電解液調(diào)節(jié)以提高Zn可逆性的示意圖

圖3. 評估界面改性策略有效性的重要電化學(xué)參數(shù)

Regulation Methods for the Zn/electrolyte Interphase and the Effectiveness Evaluation in Aqueous Zn-ion Batteries, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE02021H

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