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。     

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。     

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...     

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.     

基于非离子表面活性剂相变提取锌离子——有机羧酸与辛胺的协同效应

基于非离子表面活性剂TX-100的相变,利用中等链长的有机羧酸和辛胺的协同效应从溶液中提取锌离子,探讨了从溶液中提取锌离子的最适条件。研究结果表明,在有机羧酸的浓度为0.005 mol/L,辛胺的浓度为0.01 mol/L,TX-100的质量分数为2%,锌离子的浓度为2×10-5mol/L时,利用相变提取锌离子,癸酸pH=6.3~10.4,十一酸pH=8.2~11.8。     

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。     

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。     

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。     

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.     

离子色谱对表面活性剂的分析

<正> 表面活性剂作为一种日用、轻工最常用的化学品,品种和数量都在不断增长,因此对它的分析要求也愈来愈高,最新的离子色谱技术发展,为表面活性剂的分析提供了新的途径。离子色谱是一种对溶液中离子态物质检测的色谱方法,它有多种分离和检测方式。这一检测技术,从七十年代中期出现以来,应用范围不断扩大,从小分子、强电离物质的测定,逐渐到可以测定可电离的其他物质,表面活性剂就是其中之一。     

KMn8O16纳米纤维微球及其水系锌离子电池性能研究

电池在充放电过程中,锰基材料会发生材料体积膨胀、锰的溶解、锌的腐蚀以及水的分解等副反应,从而减少电池使用寿命。为抑制二氧化锰体积膨胀,通过一步水热反应合成了由纳米纤维组成的微球嵌钾化合物(KMn₈O₁₆)。结果表明,在3 mol/L ZnSO₄和0.1 mol/L MnSO₄组成的电解液中加入40%（体积分数）的乙二醇（EG）,能一定程度上抑制析氢副反应,同时,EG可以作为低温电解液使用。KMn₈O₁₆纳米纤维微球作为锌离子电池正极材料表现出优异的倍率性能和高的比容量。电流密度为200 mA/g时,经过100次循环,容量约为200 mA·h/g,即使在1 000 mA/g大电流密度下循环200次,容量仍能达到150 mA·h/g。     

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。     

新型非离子表面活性剂及其功能

本文概述了新型的以聚氧化乙烯亲水基的非离子表面活性剂的制备，特性及其应用。     

非离子表面活性剂的合成及性能初探

烷基苯酚类聚氧乙烯和聚甘油脂表面活性剂是感光材料制造过程中常用的非离子表面活性剂。先后寻找和制备了 4种不同结构的非离子表面活性剂 ,同时研制开发 2种含氟非离子表面活性剂 ,一起进行表面性能测试。结果表明 ,聚甘油脂型非离子表面活性剂性能较好。     

低温等离子体改性碳布用于水系锌离子电池负极

用低温等离子体改性碳布构建了具有长寿命的水系锌离子电池三维结构负极。负极表面疏松多孔的沉积层有利于电解液的渗入提高锌的利用率,且能够在充放电过程中容纳锌从而实现抑制锌枝晶延长电池使用寿命的目的。使用该负极组装的对称电池的寿命从360 h提高到480 h,与活性炭正极组装的全电池在1 A·g^-1的电流密度下循环800圈后的容量保持率为70%,远高于未经处理的20%。