中國粉體網(wǎng)訊 水系鋅二次電池因為其低成本、環(huán)境友好、安全可靠等綜合優(yōu)點，同時兼顧高能量和高功率的特性，有希望應(yīng)用于大規(guī)模儲能領(lǐng)域。鋅二次電池之所以被看好，主要得益于負極金屬鋅的優(yōu)勢：①高理論容量（820mAh/g或5851mAh/mL）；②低成本，資源豐富供應(yīng)穩(wěn)定；③較低的氧化還原電勢（-0.76Vvs.SHE）；④化學穩(wěn)定性強。
不過，水系鋅二次電池的儲能性能在很大程度上依賴于電解（質(zhì)）液。一方面，電解（質(zhì)）液決定著鋅離子在正負極間的傳輸以及體系電壓窗口范圍；另一方面，鋅離子在正極材料端脫嵌的可逆性、鋅負極沉積與剝離的高效性以及鋅金屬的化學穩(wěn)定性均與電解（質(zhì)）液密切相關(guān)。開發(fā)和設(shè)計高性能鋅二次電池也意味著開發(fā)和設(shè)計高效電解（質(zhì)）液。普通水系電解液由鋅鹽溶解到水溶劑中制得，因此，大量水分子存在于這些體系中。同時，鋅離子也將會被溶劑化并以Zn[（H2O）6]2+離子的形式存在。目前應(yīng)用較多的鋅鹽為硫酸鋅和三氟甲烷磺酸鋅。
然而，普通電解液體系中大量的自由水分子以及Zn[（H2O）6]2+離子具有高活性的特點，會導致正極溶解、電壓窗口窄、枝晶生長、析氫、腐蝕等一系列問題。眾所周知，水分解的理論電壓為1.23V(vs.SHE)，實際應(yīng)用中的水系鋅二次電池的輸出電壓均低于2V并且伴隨著嚴重的析氫問題，很大程度上限制了電池體系的能量密度及穩(wěn)定性。另外，正極活性物質(zhì)和鋅負極長時間浸泡于含有大量自由水的體系中，活性材料溶解、金屬鋅表面物理腐蝕以及電化學腐蝕較為嚴重，并且大量的溶劑化水分子包圍在鋅離子周圍，鋅在沉積過程中極易產(chǎn)生枝晶，造成短路，最終影響電池循環(huán)穩(wěn)定性。因此，研究者們在不犧牲電化學性能的基礎(chǔ)上，提出了多種優(yōu)化電解（質(zhì)）液的策略，其中之一就包括準固態(tài)電解質(zhì)策略。
凝膠電解質(zhì)作為一種準固態(tài)電解質(zhì)已被廣泛應(yīng)用在鋅金屬電化學儲能領(lǐng)域。其可通過將鋅鹽水溶液加入到聚合物基質(zhì)中制得，制備的水溶液黏度逐漸增大直至失去流動性，整個體系變成一種均勻并保持一定機械性能的半固體。因此，凝膠電解質(zhì)常被用于柔性電化學儲能器件。由于聚合物自身含有的豐富的含氧官能團可與水分子形成較強的氫鍵作用，因此，鋅鹽水溶液易于分散在這些聚合物中，并且黏度增大而形成凝膠體，同時自由水被限制在凝膠體系內(nèi)。活性水含量的減少，一方面增強了凝膠電解液的機械性能，另一方面減少了水溶劑引起的副反應(yīng)。另外，Zn2+可與聚合物上的官能團形成分子間作用力，其可以有效限制Zn2+的多方向無序移動，有利于Zn2+有序傳輸并均勻沉積。同時，由于聚合物自身結(jié)晶度低且準固態(tài)電解質(zhì)通常具有較高的離子電導率（10-3-10-4S·cm-1），因此，基于凝膠電解質(zhì)的鋅二次電池可表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
針對固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將在常州舉辦第四屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動車、儲能、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學、研合作，共同推動行業(yè)發(fā)展。屆時，中南大學方國趙教授將作題為《準固態(tài)鋅二次電池基礎(chǔ)與探索》的報告。報告主要介紹水系鋅二次電池相關(guān)的無機準固態(tài)電解質(zhì)的調(diào)控問題以及電解質(zhì)/電極界面與電化學性能之間的聯(lián)系問題。
專家簡介：
方國趙，中南大學材料科學與工程學院特聘教授，博士生導師，湖湘青年科技創(chuàng)新人才。主要從事低成本二次電池儲能及其關(guān)鍵材料研發(fā)，包括電解液和界面、鋅錳二次電池等。主持國家自然科學基金面上、湖湘青年科技創(chuàng)新人才、湖南省優(yōu)青基金等項目。入選科睿唯安（Clarivate）2022年度全球“高被引科學家”，英國皇家化學學會（RSC）2021年度高被引中國作者。以一作/通訊作者在Adv.Mater.，Prog.MaterSci.等期刊發(fā)表學術(shù)論文40余篇，其中1篇入選中國百篇最具影響力國際學術(shù)論文。
參考來源：
韓明明等.可充鋅電池電解（質(zhì)）液調(diào)控策略
梁馨月.水系二次電池的釩基、鎳基正極和鉍基負極材料的改性研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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