郭再萍教授Small综述: 用于高性能锌离子电池的电解液工程

锌离子电池（ZIBs）具有安全性高、成本低、环境友好和良好的电化学性能等特点，被认为是一种潜在的应用于大规模储能装置的技术。然而，ZIBs仍然面临一些关键的挑战和瓶颈。电解液是电池的重要组成部分，其特性会影响ZIBs的传质、储能机制、反应动力学和副反应。

在此，澳大利亚阿德莱德大学郭再萍教授等人概述了先进的电解液策略以优化正极材料和电解液之间的相容性、抑制负极腐蚀和枝晶生长、延长电化学稳定性窗口、实现可穿戴应用及增强耐温性等。作者介绍了潜在的科学机制、电解液设计原理和最新进展，以便提供更好的理解和启发。

此外，还提出了包括关于ZIB的电解液设计和工程的综合观点。良好的温度适应性和优异的电化学稳定性是设计ZIBs电解液的基本考虑因素，已经报道了满足要求的有机、水-有机杂化或浓缩电解液。其温度适应性是基于消除或破坏氢键，在提高锌负极可逆性方面的作用依赖于溶剂化结构的调控。有机成分是非质子的且其与金属锌的副反应很小，而浓缩电解液可以抑制水的活性，但会增加电解液的粘度和成本。

图1. 电解液添加剂的效果及背后的溶剂化结构调控作用

最后，作者对未来高性能ZIBs的发展进行了展望：

（1）抑制水系电解液中的气体产生；

（2）进一步提高锌负极的库伦效率，选择对锌负极具有更高稳定性和更宽电压操作窗口的溶剂是一种很有前途的策略；

（3）提高高温性能，寻找具有更好温度耐受性的合适溶剂是一种潜在有用的方法；

（4）深入了解锌沉积的机理，开发先进的原位技术来表征Zn晶粒生长将非常有用；

（5）应注意电解液的成本，开发价格合理的高性能电解液；

（6）聚合物凝胶电解质的性能需要进一步改进，设计具有高离子电导率和良好机械性能的聚合物凝胶电解质将是后续研究的目标；

（7）电解液的设计需要综合考虑，水-有机杂化电解液非常有前景且其协同效应值得深入研究。

图2. 扩展液体电解质的工作温度适应性

Electrolyte Engineering Enables High Performance Zinc-Ion Batteries, Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202107033

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