趙 晴,丁玉寅,陸繼鑫,王存國

(青島科技大學(xué)橡塑材料與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗室 山東省橡塑材料與工程重點(diǎn)實(shí)驗室,山東 青島 266042)

在可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中能源短缺和環(huán)境污染已成為人們不可忽視的兩大難題。隨著傳統(tǒng)化石能源的消耗殆盡,對可再生資源的需求變得越來越緊迫。然而,大多數(shù)可再生能源,例如太陽能、潮汐能和風(fēng)能會受到本身的間歇性和不穩(wěn)定的限制,因此大規(guī)模化學(xué)能儲存技術(shù)已被視為可靠的候選者,可有效地進(jìn)行存儲和轉(zhuǎn)換[1-5]。

鋰離子電池(Lithium ion batteries,LIBs)以質(zhì)量輕、循環(huán)壽命長、無記憶性等特點(diǎn)已被廣泛用于各種便攜式電子產(chǎn)品[6-9]。但是,高溫環(huán)境下LIBs可能會產(chǎn)生熱失控,存在短路、燃燒、爆炸等安全隱患;低溫下又可能會形成鋰樹枝晶。另外,過度消費(fèi)鋰資源,導(dǎo)致金屬鋰成本越來越高,限制其在儲能領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。而水性鋅離子電池(Zinic ion batteries,ZIBs)得益于金屬Zn的安全性能高、抗腐蝕性能好、資源豐富及成本低等優(yōu)點(diǎn),而且理論比容量高(820 mAh/g)、氧化還原電位低(-0.76 V)、豐度高(比鋰高約300倍),對氧氣和潮濕的氣氛敏感性差,越來越成為人們關(guān)注的重點(diǎn)[10-14]。與LIBs使用的傳統(tǒng)有機(jī)電解液相比,水性ZIBs使用的水溶液電解質(zhì)具有高安全性、低成本性、易處理性和高離子電導(dǎo)率等優(yōu)勢,因此水性鋅離子電池有望成為下一代大規(guī)模開發(fā)的新型儲能電源。

1 鋅離子電池工作原理

鋅離子電池的研究可追溯到150年前,1868年法國工程師喬治采用二氧化錳和碳粉作正極粉料,并插上一根碳棒集流體作正極,把一根鋅棒部分地插入電解液中作負(fù)極,電解液是用質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的氯化銨水溶液,制作成第一個鋅錳濕電池。到1950年,在鋅錳干電池的基礎(chǔ)上成功研制出堿性鋅錳電池,以鋅粉為負(fù)極,電解二氧化錳為正極,電解質(zhì)采用NaOH或KOH。1986 年,在傳統(tǒng)堿性鋅錳電池的基礎(chǔ)上,用硫酸鋅電解質(zhì)代替堿性電解質(zhì),第一次研制出鋅離子電池,但其原理并不清楚,直到2010年,鋅離子電池的概念在中國正式被提出并獲得專利。

傳統(tǒng)的堿性鋅錳電池被稱為“一次電池”,是基于負(fù)極鋅的溶解/沉淀,正極質(zhì)子的插入/脫出[7],其發(fā)生的反應(yīng)機(jī)理如下。

現(xiàn)在研究的鋅離子電池是一種可充電電池,屬于“二次電池”;由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜等主要部分組成。其中,正極是可儲存Zn2+的宿主材料,目前常用的正極材料有釩基化合物、錳基化合物、普魯士藍(lán)類似物等;負(fù)極采用能夠進(jìn)行可逆沉積/剝離的金屬鋅;電解液是含有Zn2+的溶液,可以是堿性溶液也可以是中性或溫和的酸性溶液。根據(jù)電解質(zhì)的不同,鋅離子電池的儲能機(jī)制分為Zn2+嵌入機(jī)制、H+和Zn2+雙離子嵌入機(jī)制、電荷轉(zhuǎn)移的可逆化學(xué)反應(yīng)機(jī)制、Zn與有機(jī)正極的配位反應(yīng)機(jī)制等。

鋅離子電池的工作原理見圖1(其中Zn2+在α-MnO2正極和Zn負(fù)極之間遷移,左上角插圖顯示MnO2呈八面體結(jié)構(gòu))[14],以α-MnO2作正極,金屬Zn作負(fù)極,ZnSO4或Zn(NO3)2的水溶液作電解液組成鋅離子電池。其放電過程首先是鋅負(fù)極失去電子形成Zn2+,在電解液中迅速擴(kuò)散并嵌入到α-MnO2正極中,從而在電路中產(chǎn)生電流;充電過程則相反,Zn2+從正極脫出至電解液中,隨后在Zn負(fù)極的表面上獲得電子。因此,鋅離子電池的能量儲存過程依靠Zn2+在正負(fù)極之間移動實(shí)現(xiàn)。與鋰離子電池類似,鋅離子電池也是一種“搖椅式電池”。具體反應(yīng)機(jī)理如下。

由鋅離子電池的工作原理可知,電解液在充放電過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,類似于人體內(nèi)血液輸送氧氣的功能,電解液則承擔(dān)著在正負(fù)極之間Zn2+遷移的載體任務(wù),從而決定電化學(xué)穩(wěn)定的電勢窗口,并影響Zn2+存儲的庫侖效率。對電解質(zhì)的進(jìn)一步研究可以提高鋅離子電池的穩(wěn)定性,拓寬鋅離子電池在能源存儲方面的應(yīng)用。目前,用于鋅離子電池中的電解質(zhì)有五大類,即水系電解質(zhì)、離子液體電解質(zhì)、有機(jī)電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、準(zhǔn)固態(tài)/全固態(tài)電解質(zhì)。

2 鋅離子電池電解質(zhì)

2.1 水系電解質(zhì)

水系電解質(zhì)最大的優(yōu)點(diǎn)是高安全性、低成本性。另外電解質(zhì)的黏度與離子電導(dǎo)率近似成反比,水系電解質(zhì)因其黏度和溶劑化能較低,因而離子電導(dǎo)率很高。

對于KOH、LiOH、NaOH的堿性電解質(zhì),在濃度較稀時,會有ZnO、Zn(OH)2、Mn(OH)2等副產(chǎn)物的生成,導(dǎo)致電池容量和庫倫效率降低;可以通過對堿性電解質(zhì)進(jìn)行濃縮提高電池容量和庫倫效率,但濃度一般不超過6 mol/L。而酸性電解質(zhì)則可以減少副產(chǎn)物的生成,因而在鋅離子電池的組裝過程中優(yōu)先選用中性或弱酸性水系電解質(zhì),Xu等[14]在2011年首先研發(fā)出了在中性或弱酸性電解質(zhì)中工作的水系鋅離子電池(Aqueous Zinc Ion Batteries,AZIBs),通過對AZIBs電解質(zhì)鋅鹽[如Zn(NO3)2、Zn(ClO4)2、ZnCl2、ZnF2,ZnSO4、Zn(CF3SO3)2、Zn(CH3COO)2、Zn(BF4) ·xH2O和Zn(N(CF3SO2)2)2等]進(jìn)行嘗試,發(fā)現(xiàn)ZnSO4和Zn(CF3SO3)2水系電解質(zhì)效果較好。

雖然水系電解質(zhì)中大量活性水會使電極材料最大程度地激活,但也可能會損壞電極。例如電子和離子的不均勻分布會促進(jìn)負(fù)極表面樹突的生成,并且在弱酸性的Zn2+水溶液中容易發(fā)生氫化反應(yīng),導(dǎo)致pH值增加,從而在放電過程中會誘導(dǎo)副產(chǎn)物生成;另外,某些微溶的正極材料,在充放電過程中不斷地溶解也會使容量快速衰退,最終導(dǎo)致正極和負(fù)極的不可逆反應(yīng)。因此,較低的離子轉(zhuǎn)移數(shù)、較弱的電化學(xué)穩(wěn)定性、狹窄的電化學(xué)窗口和溫度窗口,都會阻礙鋅離子電池水系電解質(zhì)的發(fā)展。

目前,水系鋅離子電池存在的問題及相應(yīng)的解決方案見圖2。

眾所周知,在低濃度的電解液中,大多數(shù)水分子是游離狀態(tài),只有少部分與離子整合形成溶劑化離子氛。當(dāng)鹽濃度升高時,更多的水分子可以參與溶劑化過程,減少活性并增加水分解電勢。因此,可通過減少電解質(zhì)中水分子活性實(shí)現(xiàn)寬的電化學(xué)窗口[18]。Li等[19]使用8 mol/L NaClO4+0.4 mol/L Zn(CF3SO3)2的濃縮電解液,擴(kuò)展了電化學(xué)窗口(最大約2.5 V),并減少了正極溶解。

但是,較高的鹽濃度將增加電池成本,而且產(chǎn)生較高的電解液密度也會降低電池的總能量密度。因此,一些含氧化學(xué)鍵的有機(jī)化合物可以用作電解液添加劑,通過在H2O中形成穩(wěn)固的氫鍵以減少游離水分子,從而抑制寬電壓窗口中的氫化反應(yīng)。Cui等[20]在2 mol/L ZnSO4電解液中添加體積分?jǐn)?shù)1%的二甲醚(DME),可獲得Zn負(fù)極較高的循環(huán)穩(wěn)定性。Hou等[21]通過將十二烷基硫酸鈉(SDS)添加到電解液中,以低庫倫倍率(0.5 C)充放電,表現(xiàn)出了較好的循環(huán)穩(wěn)定性和高庫侖效率(97%),而且將電解液的電化學(xué)窗口擴(kuò)展到約2.5 V?；诿芏确汉睦碚摶瘜W(xué)計算結(jié)果表明,SDS不僅抑制了水分解、Mn的溶解以及Zn的腐蝕,也提高了循環(huán)壽命和倍率性能。

2.2 離子液體電解質(zhì)

Ji等[29]采用離子液體電解質(zhì)N-丁基-N-甲基吡咯烷雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽(PYR14TFSI),組裝成基于鋅離子電池的雙離子電池(ZDIB)[30-32],該電池的可逆容量為57 mAh/g,500次循環(huán)后仍有86%的容量保持率,平均放電電壓達(dá)到1.6 V,高于大多數(shù)報道的常規(guī)水性鋅離子電池。

另外,近年來提出了一種與離子液體相關(guān)的“離子凝膠”電解質(zhì)概念[33-34],即用離子液體作為液相,聚合物作為固相,使液相滲入整個固相制備離子凝膠。其目的是在離子凝膠中既保存離子液體所獨(dú)有的性質(zhì),又在一定程度上緩解了由于離子液體電解液的高黏度導(dǎo)致的低離子電導(dǎo)率這一缺陷[35]。Simons等[36]通過使用1-乙基-3-甲基咪唑雙氰胺離子液體基電解質(zhì),制備了鋅電池,循環(huán)性能超過300次,證明了該離子凝膠電解質(zhì)的可行性。Anastro等[37]以聚二甲基二烯丙基雙(三氟甲磺?；?亞胺為聚合物基體,制備并優(yōu)化了一種新型離子凝膠電解質(zhì),并研究了其用于全固態(tài)可充電鋅離子電池的性能。該離子凝膠電解質(zhì)的使用,提高了離子液體在約2V電池負(fù)極的穩(wěn)定性,離子電導(dǎo)率也提高了2個數(shù)量級,這得益于陰離子混合物的相互作用。

因此,由聚合物基質(zhì)和離子液體組成的離子凝膠,可作為儲能設(shè)備的液體電解質(zhì)的替代品,可以防止液體電解質(zhì)的泄漏和蒸發(fā)導(dǎo)致設(shè)備故障等安全隱患,與固體聚合物電解質(zhì)相比,離子液體的固有性質(zhì)提高了離子凝膠的離子電導(dǎo)率,且由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的相似性又緩解了離子液體本身高黏度的缺點(diǎn)。

當(dāng)然,鋅離子電池的電化學(xué)性質(zhì)與陰陽離子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān),電解液的黏度會隨著陽離子半徑的增大而增大,從而導(dǎo)致較低的離子電導(dǎo)率。而離子液體電解質(zhì)由于長鏈結(jié)構(gòu)的陽離子體積大,相應(yīng)地會增加電解質(zhì)的黏度,降低離子電導(dǎo)率,使得離子液體電解質(zhì)缺乏普遍適用性,限制了其在電化學(xué)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用[38-39]。因此,提高離子液體電解質(zhì)的電化學(xué)性能仍是將來研究的重點(diǎn)。

2.3 有機(jī)電解質(zhì)

相比于水系電解液,有機(jī)電解液中鋅的熱力學(xué)穩(wěn)定性好、氧化還原可逆性高,從而增強(qiáng)了鋅離子電池沉積/剝離的可逆性,拓寬了電化學(xué)窗口;更為重要的是,通過避免鈍化副產(chǎn)物的產(chǎn)生,最大程度地減少鋅樹突的形成,使電解液和Zn負(fù)極之間有良好的界面相容性。因此,由有機(jī)電解液組裝的ZIBs表現(xiàn)出較高的工作電壓和放電容量。而且有機(jī)電解液中的純有機(jī)溶劑可以消除水系電解液中由水引起的副反應(yīng)并簡化電化學(xué)氧化還原過程,為有機(jī)電解液的進(jìn)一步研發(fā)與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

常用的有機(jī)電解液溶劑如乙腈、三甲基磷酸鹽(TMP)和二甲基甲酰胺(DMF)等,均表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能[40]。Naveed等[41]選用了安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的有機(jī)溶劑TMP及其與碳酸二甲酯(DMC)的混合物,分別用于三氟甲基磺酸鋅[Zn(OTF)2]作為金屬鋅負(fù)極的電解液,用TMP為電解液,負(fù)極Zn的循環(huán)壽命可達(dá)2 000 h,庫倫效率達(dá)99.57%;用TMP-DMC混合溶劑作電解液,Zn的循環(huán)壽命能超過5 000 h,庫倫效率達(dá)99.15%。Han等[42]將非水的乙腈(AN)-Zn(TFSI)2電解液與納米結(jié)構(gòu)的雙層水合氧化釩組裝成可充電的Zn/BL-V2O5鋅離子電池,AN-Zn(TFSI)2電解液在Zn金屬負(fù)極(≥99%的庫侖效率)上顯示出高度可逆的Zn沉積行為,氧化-還原反應(yīng)副反應(yīng)很少發(fā)生,應(yīng)該有相對較低的可逆沉積過電勢( ≈ 0.1 V)和高負(fù)極穩(wěn)定性( ≈3.6 V vs.Zn2+/Zn),這為可充電鋅離子電池正極材料提供了一種新型的電解液。

然而,有機(jī)電解液由高黏度引起的低離子電導(dǎo)率會進(jìn)一步影響ZIBs的倍率性能,因而基于水系和有機(jī)電解液之間的協(xié)同作用,二者的混合物可以提供更大的電化學(xué)窗口和更高的離子電導(dǎo)率?？紤]到不同有機(jī)分子和水分子之間相容性的差異,目前有2種不同的靶向研究策略。首先對于親水性有機(jī)溶劑,由于良好的相容性,專注于調(diào)節(jié)有機(jī)溶劑和水含量之間的比例;同時,還應(yīng)考慮到制備的混合電解液中鋅鹽的濃度,使其獲得最佳離子電導(dǎo)率和耐高、低溫性能的混合電解液。其次,對于疏水有機(jī)溶劑,需要將有機(jī)溶劑限制在鋅負(fù)極表面上,這可以通過將Zn負(fù)極涂上MOF或其他修飾材料實(shí)現(xiàn)。

Yang等[43]以新型三乙基磷酸鹽(TEP)與水溶液為共溶劑[n(TEP)∶n(H2O)=7∶3],用Zn(CF3SO3)2作鋅鹽電解質(zhì)配成電解液,可以使 Zn沉積/剝離循環(huán)壽命超過3 000 h,庫倫效率達(dá)99.68%。用0.5 mol/L Zn(CF3SO3)2-TEP-H2O電解液與Zn負(fù)極和鐵氰化銅鉀(KCuHCf)正極組裝成新型Zn/KCuHCf電池,該電池顯示出穩(wěn)定的循環(huán)性能,1 000次循環(huán)后的容量保持率為74%,平均庫倫效率為97.66%。

當(dāng)然,有機(jī)電解液的缺點(diǎn)是較低的離子電導(dǎo)率,導(dǎo)致電池的高倍率放電性能下降;此外,大多數(shù)有機(jī)溶劑價格較貴且易燃,對生態(tài)環(huán)境有一定影響,這與鋅離子電池對環(huán)境比較友好的初衷不夠相符。

2.4 凝膠電解質(zhì)

液體電解液雖然應(yīng)用廣泛,但存在Zn2+溶劑化作用并在電解液表面形成殼;常規(guī)的柔性水溶液電解液卻無法在低溫下工作,電解液不可避免地會凍結(jié)并限制了離子的傳輸,從而導(dǎo)致其電化學(xué)性能下降;與之對應(yīng)的電池溫度相應(yīng)性不好,存在電解液泄漏的可能性。為了避免上述問題,可以將一些親水性聚合物或無機(jī)分子引入含鋅的鹽溶液中以制備凝膠電解質(zhì)。與液體電解質(zhì)相比,凝膠電解質(zhì)可以防止電解質(zhì)的泄漏及由應(yīng)變引起的結(jié)構(gòu)不良錯位。另外,由于高的物理柔韌性、出色的機(jī)械性能、理想的電化學(xué)性能等特點(diǎn),凝膠電解質(zhì)主要集中在柔性儲能設(shè)備的應(yīng)用上,因而在柔性ZIBs的制造中,可以考慮選用凝膠電解質(zhì)[44-46]。

Wang等[47]開發(fā)了基于聚丙烯酰胺(PAM)和甘油(GLY)的抗凍結(jié)凝膠電解質(zhì)(見圖3)。PAM或GLY與水分子之間的強(qiáng)氫鍵相互作用不僅避免了在低溫下凝膠電解質(zhì)的結(jié)晶,而且還限制了游離水的蒸發(fā)及泄漏過程,這種凝膠電解質(zhì)在-40 ℃時顯示出高離子電導(dǎo)率(為9.65×10-5S/cm)。基于PAM-H2O-GLY凝膠電解質(zhì)的柔性ZIBs在-40 ℃下也表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,未封裝的設(shè)備在經(jīng)30 d后仍擁有98%的初始容量。盡管凝膠電解質(zhì)中的水在溫和條件下可以被有效地限制,但水凝膠電解質(zhì)中水分子的蒸發(fā)和冷凍問題仍然很棘手。

典型的凝膠電解質(zhì)分為未交聯(lián)的凝膠電解質(zhì)、物理交聯(lián)的凝膠電解質(zhì)和化學(xué)交聯(lián)的凝膠電解質(zhì)。凝膠電解質(zhì)中常用的聚合物有聚乙烯醇(PVA)、黃原膠、羧甲基纖維素鈉(CMC)和氣相二氧化硅等,其中最常用的是基于PVA的凝膠電解質(zhì)[48-51]。

未交聯(lián)的凝膠電解質(zhì)具有黏性和無定形的特點(diǎn),且有一定的流動性。因此,通常表現(xiàn)出較差的機(jī)械性能。這些電解質(zhì)在一定壓力下可能會變形和損壞,并且在大多數(shù)情況下還需要其他分離器。相反,交聯(lián)的電解質(zhì)更穩(wěn)定并具有柔韌性。例如,帶有物理交聯(lián)的PVA/Zn(CF3SO3)2水凝膠電解質(zhì)可以通過氫鍵自我黏合,無需任何外部刺激[52]。對于具有2 mol/L ZnSO4和0.1 mol/L MnSO4的基于化學(xué)交聯(lián)聚丙烯酰胺(PAM)電解質(zhì),表現(xiàn)出良好的拉伸強(qiáng)度(273 kPa),拉伸伸長率高達(dá)3 000%,其多孔結(jié)構(gòu)有利于Zn2+的傳輸[53]。因此,在室溫下,基于PAM電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率高達(dá)1.73×10-2S/cm。當(dāng)水凝膠受到300%的拉伸應(yīng)力時,離子電導(dǎo)率仍然具有1.65×10-2S/cm,這受益于穩(wěn)定的PAM框架結(jié)構(gòu)和不受阻礙的離子輸運(yùn)。

通常,具有物理交聯(lián)的水凝膠電解質(zhì)顯示出較差的熱穩(wěn)定性,只能承受較小變形性。但是,與物理交聯(lián)相比,化學(xué)交聯(lián)中的化學(xué)鍵更強(qiáng)。因此,具有化學(xué)交聯(lián)的電解質(zhì)擁有更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可確保良好的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性,更適合實(shí)際應(yīng)用。另外,水凝膠電解質(zhì)具有多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),該網(wǎng)絡(luò)由充滿高含量鋅鹽電解質(zhì)的親水性聚合物鏈組成,可以通過引入聚合物鏈的各種官能團(tuán)(包括自我保護(hù)、自我恢復(fù)、自我修復(fù)等)賦予水凝膠電解質(zhì)的智能特征。

2.5 準(zhǔn)固態(tài)/全固態(tài)電解質(zhì)

凝膠電解質(zhì)的低離子電導(dǎo)率、低化學(xué)穩(wěn)定性、界面接觸不良等缺點(diǎn),依舊是未解決的問題,從而應(yīng)用也受到限制[54-55]。與凝膠電解質(zhì)類似,準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)電解質(zhì)有望解決水分子的分解反應(yīng)、蒸發(fā)及液體電解質(zhì)的泄漏帶來的影響。此種電解質(zhì)主要使用聚合物或無機(jī)化合物和液體制成,以形成交聯(lián)或混合溶液。作為一個有希望的新型儲能系統(tǒng),固態(tài)鋅離子電池(Solid Zinc Batteries,SZIBs)具有一系列明顯的優(yōu)勢,如不存在電解質(zhì)泄漏等問題,具有較好的靈活性和低成本、高安全性等優(yōu)勢。

Zeng等[56]受益于聚(3,4-乙二醇二苯乙烯)(PEDOT)緩沖層和基于Mn2+的中性電解質(zhì),制作了Zn-MnO2@PEDOT電池,在水溶液中可呈現(xiàn)出366.6 mAh/g的放電容量和良好的循環(huán)壽命(300次循環(huán)后容量保持率為83.7%)。當(dāng)使用PVA/ZnCl2/MnSO4凝膠作為電解質(zhì)時,組裝的準(zhǔn)固態(tài)Zn-MnO2@PEDOT電池仍然具有較高的充放電可逆性,在300次循環(huán)后仍高于其初始容量的77.7%,庫倫效率近100%。此外,這種靈活的準(zhǔn)固態(tài)Zn-MnO2電池的能量密度可達(dá)504.9 W·h/kg。

Li等[57]使用了一種新型設(shè)計的明膠和基于聚丙烯酰胺(PAM)的分層聚合物電解質(zhì)(HPE),HPE通過將PAM接枝到填充在聚丙烯腈(PAN)網(wǎng)絡(luò)中的明膠鏈上制備(見圖4),PAM在水凝膠上的接枝顯著提高了HPE膜的機(jī)械強(qiáng)度和離子電導(dǎo)率?；贖PE的固態(tài)ZIBs表現(xiàn)出高能量密度為6.18 mW·h/cm2,高面積功率密度為148.2 mW/cm2及優(yōu)異的放電容量(306 mAh/g),1 000次循環(huán)后的庫倫效率為97%。可以在各種嚴(yán)峻的條件下如彎曲、錘擊、刺穿、切割、縫制等工作,是一個高安全性、可穿戴和反復(fù)充放電的固態(tài)ZIBs。

圖4 自由基聚合方法合成HPE示意圖

然而,由于在固相中的Zn2+擴(kuò)散速率低,制備全固態(tài)鋅離子電解質(zhì)是一項艱巨的任務(wù)。固態(tài)電解質(zhì)與電極的相容性不佳,高界面阻抗會極大地阻礙其進(jìn)一步應(yīng)用。因此,必須探索出合適的固態(tài)電解質(zhì)的物理、化學(xué)特性和內(nèi)部的鋅離子遷移機(jī)制,才可能會更深入了解SZIBs。

3 結(jié)束語

綜述了鋅離子電池電解質(zhì)的相關(guān)研究進(jìn)展,包括水系電解質(zhì)、離子液體電解質(zhì)、有機(jī)電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、準(zhǔn)固態(tài)/全固態(tài)電解質(zhì)等。水系電解質(zhì)制備簡單、安全性高、離子導(dǎo)電率高;大量活性水的存在可能會損壞電極并引發(fā)一系列問題,通過pH值調(diào)整,提高鹽濃度、電解質(zhì)添加劑等方法進(jìn)行優(yōu)化。離子液體電解質(zhì)具有較寬的電化學(xué)窗口,避免了水系電解質(zhì)中的氫化反應(yīng),陽離子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致低離子電導(dǎo)率,這對其廣泛使用受到了限制。傳統(tǒng)的有機(jī)電解質(zhì)與鋅負(fù)極表現(xiàn)出較高的相容性,但是較低的離子電導(dǎo)率和試劑毒性始終阻礙其進(jìn)一步地應(yīng)用。與液態(tài)電解液相比,凝膠和準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)是提高電解質(zhì)與鋅負(fù)極相容性的理想策略,并且在柔性電子設(shè)備的應(yīng)用上有廣闊的前景。