周豪慎/杨慧军EES：不锈钢纽扣电池在水系锌电池研究中的陷阱

水系锌电池是一种低成本、高效率的能源设备。在实验室规模的水系锌电池研究中，不锈钢（SS）纽扣电池因其简单灵活而被广泛用于评估其电化学性能。

在此，南京大学周豪慎、筑波大学杨慧军等团队揭示了SS纽扣电池材料中析氢反应（HER）以及绝缘层状双氢氧化物（LDH）的积累。为了减轻其不利影响，作者采用钛（Ti）板作为隔膜，它具有抑制析氢反应的能力，并可作为屏障防止电解质与 SS 材料直接接触。事实证明，在对照组中引入钛隔膜后，锌负极的寿命明显延长了十倍以上。

图1. 纽扣电池的SS材料触发HER

总之，该工作重点突出两大主题：首先强调了水系锌电池研究中纽扣电池常用的SS材料中存在的严重 HER 问题；其次提出了解决这一问题的简单而有效的方法，即使用钛隔膜来防止电解质与 SS 材料之间的过度接触。准确解释电化学结果对于推进该领域的研究至关重要。水系电解质与 SS 材料之间的严重相互作用可能在决定锌电池稳定性方面起着至关重要的作用。本研究展示了一个简单而有效的例子，即使用钛垫片阻隔钮扣电池中电解液与 SS 材料之间的过度接触。

为了保证对水系锌电池领域的电化学研究结果进行细致的解释，该工作提出以下指导原则：i) 在水系电解质中谨慎使用 SS 材料，因为它们可能引发严重的 HER。

考虑到封装不锈钢电池结构的便利性及其低廉的生产成本，建议在一般研究中使用钛垫片，以尽可能减少电解质与 SS 外壳的接触；

减少电解液的使用量，确保电解液只被隔膜吸收，同时避免电解液与 SS 外壳过多接触；

更有效的解决方案是使用钛溅射定制 SS 纽扣电池，这种电池既保留了 SS 纽扣电池的优点，又完全缓解了 SS 组件产生的 HER。

图2. 使用钛隔膜的 Zn 电池的电化学性能

The pitfall of using stainless steel (SS) coin cell in aqueous zinc battery research, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01678a

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周豪慎/杨慧军EES：不锈钢纽扣电池在水系锌电池研究中的陷阱

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