【儀表網 產業報道】近日，大連化學物理研究所無機膜與催化新材料研究組(504組)楊維慎研究員和朱凱月研究員團隊應邀發表了軟包水系鋅離子電池的綜述文章，系統總結了軟包水系鋅離子電池的失效機制及實用化解決方案，并對未來研究方向作了展望，為推進鋅離子電池的實際應用提供參考。
水系鋅離子電池具有安全性高、成本低、功率密度高等優點，是一類極具發展前景的儲能技術。目前，小尺寸紐扣水系鋅離子電池已實現優異的循環穩定性(可達20000次循環)，這主要得益于其低正極擔載量、過量鋅負極和電解液的使用，在一定程度上掩蓋了鋅負極存在的問題。然而，在要求高能量密度的軟包電池中，鋅負極的穩定性與軟包的能量密度之間存在的根本矛盾，導致其循環穩定性顯著下降(約300次)。
本綜述基于前期研究，詳細分析了軟包電池的主要失效機制，包括鋅負極枝晶生長誘導的短路、水腐蝕和析氫導致的高極化、正極材料不穩定引起的容量衰減等。針對上述失效機制，文章總結了三類解決策略：鋅負極人工保護層的構建、隔膜改性、電解液設計。人工保護層能夠阻隔水與均勻離子流的雙重作用；隔膜改性通過界面官能團修飾抑制枝晶生長、析氫及正極的溶解；電解液設計則包括水凝膠電解質、高熵電解質、共溶劑及添加劑，通過調控電解液中水分子活度和鋅溶劑化結構，增強正負極可逆性。進一步，文章對比了各種策略的優勢與局限，并展望了軟包水系鋅離子電池未來的研究方向，建議聚焦于提高在高面容量和高鋅利用率條件下鋅的可逆性、高負載量正極的開發、能量密度與循環穩定性的權衡、測試標準的建立等，以推動鋅離子電池走向實際應用。
上述工作以“Aqueous Zinc-ion Pouch Cells: From Failure Mechanisms to Practical Solutions”為題，于近日發表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是我所504組朱凱月。上述工作得到了國家自然科學基金、遼寧省重大科技專項、遼寧省興遼英才計劃、大連市科技人才創新等項目的資助。(文/圖 朱凱月)
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