乔世璋/吴超EES综述: 水系锌离子电池锌/电解液界面的调节及有效性评估

水系锌离子电池 (ZIB) 因其安全性、成本效益和环境友好性而引起了广泛关注。然而，由于枝晶生长和水诱导的副反应，金属锌负极在水系电解液中仍然存在库仑效率差和循环稳定性有限等问题，已经提出了各种锌/电解液界面策略来解决这些问题，但每种方法的工作机制仍未完全了解，且这些策略的有效性评估技术还没有达到一致的标准。

在此，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授及伍伦贡大学吴超等人全面总结了对锌/电解液界面策略的基本认识，包括机理设计、新方法的提出和技术挑战。

作者首先概述了水系Zn金属电池的优点和挑战（Zn枝晶的不可控生长和界面的副反应），只有缓解甚至解决这些问题才能实现Zn负极的高可逆性。作者总结了目前开发出的可缓解以及解决上述问题的各种Zn金属表面改性策略：

i）人工和原位SEI保护层（SEI保护层设计准则、SEI构建路线图及其优缺点）；

ii）初始Zn成核层方面（Zn成核层的判断标准和成核层路线图）。

图1. 在锌金属表面构建理想保护层的通用标准

作为界面的另一个重要组成部分，电解液也可以通过抑制枝晶Zn沉积和延缓副反应来提高Zn负极的CE。作者总结了最常报道的一些策略：

i）引入电解液添加剂；

ii）开发功能性电解液；

iii）Zn²⁺溶剂化簇的调控。

最后总结了包括电化学法（Zn/Cu或Zn/Ti电池中的CE，对称Zn-Zn电池的循环寿命和全电池性能），表征方法，计算模拟等界面策略有效性评估技术，从而为准确评价和分析水系ZIB提供指导，以期在未来开发高性能的ZIBs。

图2. 电解液调节以提高Zn可逆性的示意图

图3. 评估界面改性策略有效性的重要电化学参数

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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乔世璋/吴超EES综述: 水系锌离子电池锌/电解液界面的调节及有效性评估

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