中國粉體網(wǎng)訊 水系鋅二次電池因?yàn)槠涞统杀�、環(huán)境友好、安全可靠等綜合優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兼顧高能量和高功率的特性，有希望應(yīng)用于大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域。鋅二次電池之所以被看好，主要得益于負(fù)極金屬鋅的優(yōu)勢(shì)：①高理論容量（820mAh/g或5851mAh/mL）；②低成本，資源豐富供應(yīng)穩(wěn)定；③較低的氧化還原電勢(shì)（-0.76Vvs.SHE）；④化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)。
不過，水系鋅二次電池的儲(chǔ)能性能在很大程度上依賴于電解（質(zhì)）液。一方面，電解（質(zhì)）液決定著鋅離子在正負(fù)極間的傳輸以及體系電壓窗口范圍；另一方面，鋅離子在正極材料端脫嵌的可逆性、鋅負(fù)極沉積與剝離的高效性以及鋅金屬的化學(xué)穩(wěn)定性均與電解（質(zhì)）液密切相關(guān)。開發(fā)和設(shè)計(jì)高性能鋅二次電池也意味著開發(fā)和設(shè)計(jì)高效電解（質(zhì)）液。普通水系電解液由鋅鹽溶解到水溶劑中制得，因此，大量水分子存在于這些體系中。同時(shí)，鋅離子也將會(huì)被溶劑化并以Zn[（H2O）6]2+離子的形式存在。目前應(yīng)用較多的鋅鹽為硫酸鋅和三氟甲烷磺酸鋅。
然而，普通電解液體系中大量的自由水分子以及Zn[（H2O）6]2+離子具有高活性的特點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致正極溶解、電壓窗口窄、枝晶生長(zhǎng)、析氫、腐蝕等一系列問題。眾所周知，水分解的理論電壓為1.23V(vs.SHE)，實(shí)際應(yīng)用中的水系鋅二次電池的輸出電壓均低于2V并且伴隨著嚴(yán)重的析氫問題，很大程度上限制了電池體系的能量密度及穩(wěn)定性。另外，正極活性物質(zhì)和鋅負(fù)極長(zhǎng)時(shí)間浸泡于含有大量自由水的體系中，活性材料溶解、金屬鋅表面物理腐蝕以及電化學(xué)腐蝕較為嚴(yán)重，并且大量的溶劑化水分子包圍在鋅離子周圍，鋅在沉積過程中極易產(chǎn)生枝晶，造成短路，最終影響電池循環(huán)穩(wěn)定性。因此，研究者們?cè)诓粻奚娀瘜W(xué)性能的基礎(chǔ)上，提出了多種優(yōu)化電解（質(zhì)）液的策略，其中之一就包括準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)策略。
凝膠電解質(zhì)作為一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)已被廣泛應(yīng)用在鋅金屬電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域。其可通過將鋅鹽水溶液加入到聚合物基質(zhì)中制得，制備的水溶液黏度逐漸增大直至失去流動(dòng)性，整個(gè)體系變成一種均勻并保持一定機(jī)械性能的半固體。因此，凝膠電解質(zhì)常被用于柔性電化學(xué)儲(chǔ)能器件。由于聚合物自身含有的豐富的含氧官能團(tuán)可與水分子形成較強(qiáng)的氫鍵作用，因此，鋅鹽水溶液易于分散在這些聚合物中，并且黏度增大而形成凝膠體，同時(shí)自由水被限制在凝膠體系內(nèi)�；钚运康臏p少，一方面增強(qiáng)了凝膠電解液的機(jī)械性能，另一方面減少了水溶劑引起的副反應(yīng)。另外，Zn2+可與聚合物上的官能團(tuán)形成分子間作用力，其可以有效限制Zn2+的多方向無序移動(dòng)，有利于Zn2+有序傳輸并均勻沉積。同時(shí)，由于聚合物自身結(jié)晶度低且準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)通常具有較高的離子電導(dǎo)率（10-3-10-4S·cm-1），因此，基于凝膠電解質(zhì)的鋅二次電池可表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
針對(duì)固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場(chǎng)及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將在常州舉辦第四屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會(huì)。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動(dòng)車、儲(chǔ)能、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺(tái)，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作，共同推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。屆時(shí)，中南大學(xué)方國趙教授將作題為《準(zhǔn)固態(tài)鋅二次電池基礎(chǔ)與探索》的報(bào)告。報(bào)告主要介紹水系鋅二次電池相關(guān)的無機(jī)準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的調(diào)控問題以及電解質(zhì)/電極界面與電化學(xué)性能之間的聯(lián)系問題。
專家簡(jiǎn)介：
方國趙，中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院特聘教授，博士生導(dǎo)師，湖湘青年科技創(chuàng)新人才。主要從事低成本二次電池儲(chǔ)能及其關(guān)鍵材料研發(fā)，包括電解液和界面、鋅錳二次電池等。主持國家自然科學(xué)基金面上、湖湘青年科技創(chuàng)新人才、湖南省優(yōu)青基金等項(xiàng)目。入選科睿唯安（Clarivate）2022年度全球“高被引科學(xué)家”，英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)（RSC）2021年度高被引中國作者。以一作/通訊作者在Adv.Mater.，Prog.MaterSci.等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，其中1篇入選中國百篇最具影響力國際學(xué)術(shù)論文。
參考來源：
韓明明等.可充鋅電池電解（質(zhì)）液調(diào)控策略
梁馨月.水系二次電池的釩基、鎳基正極和鉍基負(fù)極材料的改性研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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