水系锌离子电池研究进展

可充电水系锌离子电池(AZIBs)因安全性高、环境友好、低成本等优势成为规模储能装置的候选者。目前水系锌离子电池的研究仍存在诸多问题和挑战,如正极材料不稳定,负极析氢、腐蚀,电解液电化学窗口较窄等。本文围绕水系锌离子电池的正极材料、负极材料、电解质材料、非活性材料(包括隔膜、集流体、黏结剂)进行了全面讨论与分析。总结概括了国内外的最新研究成果,同时归纳出最新的优化策略和研究方法,提出的整体系统优化策略。此外,本文分析了当前水系锌离子电池的研究与技术化的差距,讨论了未来水系锌离子电池研究的重点方面与系统优化方法,对锌离子电池技术化研究做出展望。     

水系锌离子电池及关键材料研究进展

水系锌离子电池作为一种新型二次离子电池,因其低成本、高安全、环境友好以及高功率密度等特点,在大规模储能等领域具有广阔的应用前景。以本课题组在水系锌离子电池领域的研究成果为基础,结合国内外同行的最新研究工作,主要从正极材料、负极材料和电解液3个方面系统性地总结了水系锌离子电池的研究进展,凝练出当前该领域电池循环寿命短等瓶颈问题并提出了"单相反应机制"等解决思路,最后对高能量密度、高安全、长寿命水系锌离子电池未来的研究和发展方向进行了展望。     

水系锌离子电池锌负极的研究进展

水系锌离子电池由于其高安全性、环境友好、低成本和高能量密度而成为大规模储能应用中最有前途的系统之一。与水系锌离子电池正极材料的大量研究相比,改善锌负极电化学性能的研究仍处于起步阶段。由于枝晶生长、自腐蚀和不可逆副产物的形成,锌负极面临循环性差和库仑效率低等挑战。为了弥补水系锌离子电池中锌负极的固有缺陷,近年来已经开发了一些有效策略,如负极和电解液之间的界面修饰、锌负极的结构设计以及电解液设计。介绍了锌负极的最新研究进展,对水系锌离子电池未来的研究和发展方向进行了展望。     

水系锌离子电池锰基正极材料研究现状

水系锌离子电池由于安全性高、环境友好、价格低廉,被认为是新型储能装置的有力竞争者。锰基氧化物具有理论比容量高、毒性低等优点,广泛应用于水系锌离子电池正极材料。围绕不同类型锰基氧化物(如二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰和氧化锰)的结构特点,结合最新研究进展,讨论了其储锌机理、目前存在的问题及优化策略,并对其未来发展趋势进行了展望。     

表面活性剂提升水系锌离子电池性能

电解液的优化,对水系锌离子电池性能的提升有很大的影响。在常见的水系锌离子电池硫酸锌电解液中添加不同质量浓度的羧甲基纤维素钠(CMC- Na)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十二烷基三甲基溴化铵(DTAB),以 V₂O₅为正极,锌为负极组成电池,通过研究常见物理性能和电化学性能发现,添加表面活性剂可以有效提高水系锌离子电池的性能,在电流密度 1A·g^-1 循环 200 圈后,各添加体系均表现出良好的性能。     

水系锌离子电池的研究和产业化进展

水系锌离子电池是一种新型的绿色电池体系,不仅具有廉价、安全、环保的特点,还具有较高的功率密度,在储能等诸多领域具有很好的应用价值和发展前景。综述了水系锌离子电池正极材料、锌负极和电解液的基础研究和产业化进展,包括二氧化锰正极材料开发、电池器件制备和应用。总结了目前水系锌离子电池产业化的可行性和难点。提出了亟需解决的3个关键问题：首先,水系锌离子电池体系的反应机理仍需深入研究以指导高性能正负极材料开发;其次,高纯度二氧化锰正极材料、耐腐蚀集流体、耐刺穿隔膜等产业链关键环节缺失制约了商业化电池的开发;最后,从实验室到中试及规模化放大过程中电池性能明显降低,系统的电极制备和电池组装工艺仍需系统化研究。     

水系锌离子电池二氧化锰正极的储能特性及机理研究进展

水系锌离子电池在大型储能等领域具有很高的应用价值和发展前景.目前,水系锌离子电池的正极材料研究主要集中在锰基化合物(如二氧化锰、三氧化二锰、三氧化三锰等)、钒基氧化物以及普鲁士蓝类似物等材料.其中,二氧化锰具有电化学性能优良、储量丰富、价格低廉及安全环保等优势,成为当前最受关注的一类正极材料,近年来得到快速发展.但是,在充放电过程中,二氧化锰晶型多变且伴随其他表面反应,其反应机理复杂且存在一定争议.近两年来,随着研究的不断深入,其电化学反应机理逐渐明晰.围绕二氧化锰的晶体结构特点及其作为水系锌离子电池正极的性能,结合最新研究进展重点讨论了不同晶型二氧化锰的储能机理,并对其未来发展趋势进行了展望.     

硫酸镁添加剂对水系锌离子电池改性研究

水系锌离子电池与锂电池相比：具备低成本、窄电化学稳定窗口以及高活性的特点,但锌金属容易产生析氢反应和枝晶偏析现象,进而导致电池内部电化学性能降低。为了改善此种现象,本研究提出了对ZnSO₄电解液进行改性,引入MgSO₄添加剂,设计优化电解液体系,添加了MgSO₄后的电解液通过扫描电子显微镜照片、对称电池2 mA·cm^-2-2 mAh·cm^-2充放电、库伦效率及阻抗分析均证明,添加MgSO₄后的ZnSO₄电解液优于纯ZnSO₄,进而构建新型高性能、长寿命的水系锌基电池体系。     

多壁碳纳米管夹层抑制锂硫电池穿梭效应

以多壁碳纳米管（MWCNTs）薄膜作为锂硫电池正极片与隔膜之间的夹层,可抑制多硫化物的溶解和扩散,阻止穿梭效应,减小活性物质的损失,提高锂硫电池的容量和循环性能。本文利用透射电子显微镜（TEM）和扫描电镜（SEM）等进行结构和性能的表征。电化学测试结果表明,含MWCNTs夹层的锂硫电池在0.2C倍率首次放电比容量达到1352mA·h/g,首次库仑效率接近100%,循环20次后比容量还保持在1028mA·h/g。在1C、2C和5C倍率下充放电,电池比容量分别达到902mA·h/g、782mA·h/g和509mA·h/g。     

本征安全水系锌离子电池的新进展：锌负极晶面调控

水系锌离子电池环境友好、成本低廉,是一种极具发展潜力、本征安全的电化学储能技术。对于实用化的锌离子电池,负极端金属锌的不均匀沉积所引起的枝晶问题会导致电池短路,严重限制了电池的循环寿命,是这种新型电池走向产品化的重要瓶颈。构建（002）晶面择优取向的锌负极被认为是抑制枝晶生长、提升电极库仑效率的有效手段。回溯近期有关金属锌负极的研究,本文首先概述了金属锌的电极过程和沉积形貌的影响因素,基于此从基底设计、涂层设计、电解液设计三个方面,着重总结了（002）晶面择优取向锌负极的设计策略和作用原理,最后展望了（002）晶面择优取向金属锌负极面临的挑战和未来发展方向,特别指出应在面向实用化锌离子电池的条件下评估金属锌负极的电化学性能和改性效果。     

锂硫电池中抑制穿梭效应和锂枝晶的近期进展

锂硫电池具有突出的高比容量、环境友好、原材料廉价易得等特点,是未来新能源的一个选择方向。首先介绍了锂硫电池的研究背景以及放电原理,然后分别在电池的隔膜和负极2个方面叙述了抑制穿梭作用和抑制锂枝晶的最近进展,并且对未来锂硫电池的发展进行了展望。     

锌离子电池负极锌枝晶抑制的研究进展

近些年来,因为含有水电解液的锌离子电池（ZIBs）具有高安全性、环境友好性、低成本和高能量密度等优点而受到研究人员越来越多的关注。然而,锌离子电池负极的不稳定性阻碍了ZIBs在实际应用中的可靠部署。主要针对ZIBs负极存在的锌枝晶问题,先简单介绍了ZIBs的基本知识以及锌枝晶的发展。然后介绍了锌枝晶的形成和生长机理,并对锌枝晶的抑制策略从锌负极、电解液和隔膜三个方面在近年来的研究进展进行了综述。最后对锌枝晶抑制的三个方面进行了总结,并对未来在ZIBs负极锌枝晶抑制方面的研究方向进行了展望。     

锂硫电池隔膜修饰材料的研究进展

锂硫电池(LSBs)是一种高理论能量密度(2 600 Wh·kg^-1)的储能器件,但反应迟滞以及多硫化锂(LiPS)的穿梭等问题严重限制了LSBs的发展。目前广泛认为,隔膜修饰层的功能化改性可以显著地提升LSBs的电化学特性。因此,主要综述了近年来LSBs隔膜修饰材料的最新进展,分别总结了金属类材料、框架材料、聚合物材料以及预锂化材料等隔膜修饰材料的作用机理及其LSBs实操储能性能,并讨论了理想的隔膜修饰材料,旨在为未来LSBs实际应用材料的开发利用提供有益的参考。     

铁氰化锰水系锌离子电池正极材料性能研究

水系锌离子电池因其具有较高的理论容量(820 mAh/g)和较低的氧化还原电位(-0.76V vs.SHE),是一种较具潜力的储能系统.本论文通过共沉淀法制备了铁氰化锰(MnHCF),并将其作为水系锌离子电池正极材料,获得了优异的电化学性能.该材料在电流密度为60 mA/g时,表现出103.5 mAh/g的容量,在30...     

锌离子电池常用电解质种类及研究进展

可充电锌离子电池由于成本低、安全性好和能量密度高等特点引起了广泛关注。电解质作为锌离子电池的重要组成部分,能提供电池正极和负极之间的锌离子迁移途径,并决定电池的电势窗口大小及反应机理的选择,决定着电池整体电化学性能的发挥。详细阐述了锌离子电池的工作原理,介绍了水系电解质、离子液体电解质、有机电解质、凝胶电解质、准固体/全固态电解质等研究进展,为锌离子电池的研发提供借鉴。     

水系钠离子电池正极材料研究进展

近年来,随着新能源行业不断发展,金属锂储备锐减和价格攀升使得二次电池转向其他金属离子电池发展,钠离子电池凭借储备丰富、价格低廉等优势成为良好的替代品。围绕水系钠离子电池正极材料的研究广泛开展,主要的正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子化合物以及普鲁士蓝类似物。本文总结介绍了不同材料的结构特征以及研究方向,并对水系钠离子电池正极材料的发展方向进行了展望。     

硅藻土涂层改性锌负极及其在锌离子电池中的应用

二次锌离子电池因其低成本、安全环保和能量密度较高而成为近年来的研究热点,然而循环过程中伴生的Zn枝晶生长限制了此类电池的应用.本文采用原位流延法在Zn负极表面涂覆一层硅藻土涂层(DL),借助由硅藻土组成的多孔框架抑制Zn枝晶生长,运用恒电流充放电、循环伏安(CV)以及扫描电子显微镜(SEM)等表征方法,研究了涂层对Zn电极的改善效果.结果 表明,经过硅藻土涂覆后,Zn/Zn对称电池可在10 mA/cm2的电流密度下稳定循环200 h.同时,Zn/Mn3 O4全电池的循环性能和倍率性能显著提高,在5C倍率条件下进行400个循环后比容量为120 mAh/g,容量保持率为80％.该研究为延长Zn电极的循环寿命提供了一种简单、有效的方案,进一步提高了锌离子电池的实用性,为储能电池领域的应用提供了可能.     

水系铝离子电池的研究进展与挑战

金属铝具有极高的理论质量比容量和体积比容量,且丰度高、成本低。水系电解液由于具有离子电导率高、低易燃性等优点而被广泛应用于多种金属离子电池中。在过去的几年中,水系铝离子电池已经取得了快速进展。介绍了金属铝负极的优化,电解质的选择和电极材料的研究进展,并讨论了存在的挑战和可能的解决策略。     

可充锌空气电池关键问题研究进展

可充锌空气电池具有能量密度高、资源丰富、价格低廉、反应活性物质绿色无污染等特点,被认为是一种有巨大市场前景的新一代电池,但可充锌空气电池存在的问题严重制约了其发展和商业化进程。因此,本文综述了可充锌空气电池锌阳极枝晶生长、形变、钝化、析氢腐蚀、电解质挥发和碳酸盐沉淀5个关键科学问题的研究进展,并展望了未来关于这些关键科学问题解决的切入点,对开发高效、耐久可充锌空气电池具有重要指导意义。