如今，不容忽視太陽能、儲能材料風能等綠色能源的系統(tǒng)鋅基研發(fā)已經(jīng)成為世界性的關(guān)鍵課題。而儲能電池則是潛電池的成開發(fā)新能源的主要技術(shù)瓶頸。目前，力股市場上常用的近期電池體系有：鎳鎘電池（Ni-Cd）、鎳氫電池（Ni-MH）、放送鉛酸電池和有機鋰離子電池。不容忽視這些電池各具優(yōu)勢，儲能材料但是系統(tǒng)鋅基他們都無法滿足大規(guī)模儲能需求。此外，潛電池的成鎳鎘電池對環(huán)境的力股污染非常嚴重；鎳氫電池價格昂貴，體積比能量較低，近期自放電也大；鉛酸電池循環(huán)壽命短，放送質(zhì)量比能量沒有優(yōu)勢；有機鋰離子電池的不容忽視有機電解液對空氣極敏感，制造工藝復(fù)雜且存在嚴重的安全隱患。鋅基電池是以金屬鋅為負極的新型二次電池，克服了傳統(tǒng)有機體系鋰電池以及鉛酸電池毒性大、易燃、循環(huán)壽命低、制作成本高的缺點，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。本文僅選取了近期鋅基電池的部分優(yōu)質(zhì)成果進行展示，以便大家了解和學習！
1、Adv. Energy Mater. 綜述：鋅離子電池中鋅金屬負極穩(wěn)定化的策略
鋅離子電池（ZIBs）具有很高的安全性、資源利用率和環(huán)境友好性，是下一代儲能系統(tǒng)的有希望候選者。然而，鋅（Zn）金屬負極表面上形成的枝晶和析氫反應(yīng)（HER）極大的降低了ZIBs的庫侖效率和循環(huán)穩(wěn)定性，阻礙了其應(yīng)用。近年來，通過電極結(jié)構(gòu)設(shè)計、界面修飾和電解質(zhì)/隔膜優(yōu)化，研究人員致力于克服這些問題。為了對這些策略有深刻而全面的了解，非常有必要根據(jù)其內(nèi)在機制對它們進行分析和分類。基于此，天津大學梁驥教授和侯峰副教授、天津師范大學王立群講師（共同通訊作者）等人報道了ZIBs中鋅金屬負極的穩(wěn)定化策略的綜述。首先，作者介紹了鋅金屬負極的基本原理，以及相關(guān)的反應(yīng)機理。接著，作者對枝晶和HER抑制的策略進行了詳細的分類、討論和分析。最后，作者分別從研究、工業(yè)化和商業(yè)化角度對ZIBs中鋅負極的開發(fā)提出了建議?？傊?，本綜述和提出的策略將為探索用于ZIB的新型Zn金屬負極的路線圖提供啟發(fā)。
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Zhehan Yi?et al. Strategies for the Stabilization of Zn Metal Anodes?for?Zn-Ion Batteries.?Adv. Energy Mater., 2020, DOI:?10.1002/aenm.202003065.
2、Adv. Energy Mater.綜述：單原子催化劑在氧電催化和Zn-空氣電池中應(yīng)用的最新進展
可再充電鋅-空氣電池（ZABs）具有制造成本低、理論比能量密度非常高的優(yōu)點，在電能存儲方面被廣泛關(guān)注。目前，ZABs的大規(guī)模應(yīng)用受到氧化還原反應(yīng)（ORR）和析氧反應(yīng)（OER）緩慢動力學的阻礙。近年來，金屬單原子催化劑（SACs）成為驅(qū)動ZABs中氧電催化的有希望候選者，通過獨特的金屬配位環(huán)境提供高電催化活性和高金屬原子利用率碳載體。基于此，新西蘭奧克蘭大學Geoffrey I. N. Waterhouse（通訊作者）等人報道了近些年來SACs在電催化ORR和OER中的最新進展，及從總體上著眼于改善ZABs性能的綜述。首先，祖宗介紹了ZABs的工作原理以及ORR和OER在空氣電極上的反應(yīng)機理。然后，作者討論了目前開發(fā)的用于氧氣電催化和ZABs的各種SAC基材料。特別強調(diào)了SAC活性位點的結(jié)構(gòu)與電催化性能之間的關(guān)系。最后，作者探討了實用ZABs中SACs存在的挑戰(zhàn)和機遇。
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Lishan Peng?et al. Recent Advances in the Development of Single-Atom?Catalysts for Oxygen Electrocatalysis and Zinc-Air Batteries. Adv. Energy Mater.,?2020, DOI: 10.1002/aenm.202003018.
3、Adv. Energy Mater.：自組裝固態(tài)凝膠防止碘離子擴散和自放電，助力穩(wěn)定的柔性水系Zn-I2電池
水系可再充電鋅-碘電池（ARZIBs）是一種有前景的可持續(xù)能源存儲形式，具有非常豐富和環(huán)境可行的元素。由于水溶性聚碘化物在水性介質(zhì)中的擴散特性，導致固體碘的利用率低和自放電，從而影響了穩(wěn)定性和器件設(shè)計。基于此，印度薩達爾帕特爾大學Saurabh S. Soni和中科院青島生物能源與過程研究所崔光磊研究員（共同通訊作者）等人報道了一種通過限制碘化物擴散來構(gòu)建具有自放電控制狀態(tài)的固態(tài)ARZIB的概念。該方法采用具有高活性碘成分的嵌段共聚物中的水基凝膠嵌入的I3-/I-進行固體凝膠反應(yīng)。陰極凝膠具有兩親性，可為碘提供高溶解度，并具有立方微晶自組裝結(jié)構(gòu)帶來的更好的離子傳導性。由于在膠束的核-殼界面處和疏水核內(nèi)部自捕獲的聚碘化物，這種凝膠可防止陰極電解液的多層自組裝體中隨后的凝膠電解質(zhì)層中的長時間碘離子擴散。但是，鋅離子很容易通過親水性聚（環(huán)氧乙烷）-富水通道擴散。該固體基質(zhì)的放電容量為210 mAh g-1（在1 C速率下）、穩(wěn)定性高，經(jīng)過500次循環(huán)后仍保持有94.3％的容量，包括自放電保護功能?？傊?，該柔性模塊裝置在變形過程中表現(xiàn)出出色的靈活性，并且穩(wěn)定的為小部件提供電能。
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Keval K. Sonigara?et al.?Self-Assembled Solid-State Gel Catholyte Combating Iodide?Diffusion and Self-Discharge for a Stable Flexible?Aqueous?Zn-I2?Battery. Adv. Energy Mater.,?2020, DOI:?10.1002/aenm.202001997.
4、Adv. Energy Mater.：設(shè)計構(gòu)建功能分離的電極助力實現(xiàn)高性能混合鋅電池
研究發(fā)現(xiàn)，將堿性鋅過渡金屬化合物（Zn-MX）電池功能引入Zn-空氣電池中，構(gòu)建的可再充電混合鋅電池可以同時達到高功率密度和高能量密度。然而，常規(guī)的單層電極設(shè)計不能有效促進離子轉(zhuǎn)移和氣體擴散，以最大化Zn-MX電池功能的親水性界面和Zn-空氣電池功能的疏水性界面。基于此，澳大利亞科廷大學邵宗平教授（通訊作者）等人報道了一種功能分離的設(shè)計策略，該設(shè)計策略將兩個電池功能分配給正極的兩個面。該電極由疏水性MnS層和親水性NixCo1-xS2層組成，其中疏水性MnS層修飾有Ni-Co-S納米團簇，可以實現(xiàn)順暢的氣體擴散和有效的氧氣電催化作用，而親水性NixCo1-xS2層有利于快速離子轉(zhuǎn)移和優(yōu)異的能量存儲性能。測試結(jié)果表明，帶有功能分離電極的電池顯示出約1.7 V的高短期放電電壓、出色的高倍率恒電流放電電荷。在電流密度為100 mA cm-2時，其功率密度高達153 mW cm-2，在5 mA cm-2時的往返效率為75％，在330?h內(nèi)具有強大的循環(huán)穩(wěn)定性，在5 mA cm-2時的電壓間隙約為0.7V。
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Yijun Zhong?et al. A Function-Separated Design of Electrode for?Realizing High-Performance Hybrid Zinc Battery. Adv. Energy Mater., 2020, DOI: 10.1002/aenm.202002992.
5、J. Mater. Chem. A：3D高密度MXene@MnO2微米花助力高級水系鋅離子電池
雖然二氧化錳（MnO2）有望作為水系Zn離子電池（ZIBs）的正極材料，但是其實際應(yīng)用仍然受到低振實密度、緩慢電子傳遞和循環(huán)過程中快速容量衰減的阻礙。基于此，中科院蘭州化學物理研究所閻興斌研究員和江蘇科技大學晏超教授（共同通訊作者）等人通過氣相噴霧干燥策略開發(fā)了一種新型的三維（3D）高密度MXene-MnO2復(fù)合正極材料，其中將MnO2納米顆粒封裝在皺折且波紋狀的MXene納米片中，有效地構(gòu)建了堅固且導電的3D花朵狀架構(gòu)，有利于快速的離子/電子轉(zhuǎn)移和高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這些3D MXene@MnO2微米花用作ZIBs正極，顯示出高的可逆比容量（約301.2 mA h g-1）、優(yōu)異的倍率性能和超過2000次循環(huán)的循環(huán)穩(wěn)定性。當質(zhì)量負載增加到8.0 mg cm-2時，在相應(yīng)的ZIBs水溶液中仍可達到約287.6 mA h g-1的高比容量，且具有出色的倍率和循環(huán)性能。此外，作者利用原位拉曼研究深入闡明了在充電/放電過程中的相演化和電化學機理。在此基礎(chǔ)上，作者組裝了柔性水系ZIBs作為概念驗證，在各種變形狀態(tài)下，具有可靠的電化學行為，從而揭示了其在便攜式/可穿戴電子產(chǎn)品中的應(yīng)用潛力。
文章信息：
Minjie Shi?et al. 3D high-density MXene@MnO2?microflowers for?advanced aqueous zinc-ion batteries. J. Mater. Chem. A, 2020, DOI: 10.1039/d0ta09085a.
6、Nano Energy：納米結(jié)構(gòu)和異質(zhì)界面協(xié)同促進正極的超高效原位自轉(zhuǎn)化，助力高性能鋅離子電池
研究發(fā)現(xiàn)，原位自轉(zhuǎn)化是設(shè)計用于高性能水系鋅離子電池（ZIBs）正極的有效策略。但是，在相變過程中較低的轉(zhuǎn)換效率限制了其進一步的應(yīng)用?；诖?，哈爾濱工業(yè)大學王殿龍教授和王博副教授（共同通訊作者）等人報道了三維（3D）海綿狀VO2-石墨烯（VO2-rG）前體，來實現(xiàn)從VO2-rG到多面V2O5·nH2O-石墨烯復(fù)合物（VOH-rG）的超高效原位自轉(zhuǎn)化。得益于高導電性的異質(zhì)界面、豐富的反應(yīng)位點和VO2-rG的大量離子擴散通道，幾乎100％的VO2納米帶在首次充電時幾乎沒有副反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)化為VOH，表明具有高效的轉(zhuǎn)化動力學。該策略通過將預(yù)先插入的H2O分子整合到VOH-rG正極中，同時構(gòu)建3D多孔異質(zhì)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了從微納米級到分子級的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)快速持久的Zn2+(de)嵌入動力學。因此，VOH-rG正極在0.1 A g-1時表現(xiàn)出466 mA h g-1的高容量、優(yōu)異的倍率性能（在20 A g-1時也達到190 mA h g-1）和出色的循環(huán)穩(wěn)定性（在超過5000次循環(huán)后容量保持率為100％）。此外，組裝好的VOH-rG//Zn柔性準固態(tài)電池也具有優(yōu)異的性能。總之，這種超高效的原位自轉(zhuǎn)化策略為探索有前途的電極材料用于高級能量存儲提供了新途徑。
文章信息：
Hao Luo?et al. Synergistic nanostructure and heterointerface design?propelled ultra-efficient in-situ self-transformation of zinc-ion battery?cathodes with favorable kinetics. Nano Energy, 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105601.
7、Nano Energy：利用Sn預(yù)插層抑制焦釩酸鹽的結(jié)構(gòu)重排，助力高性能鋅離子電池
眾所周知，可再充電鋅離子電池（ZIBs）在電網(wǎng)儲能系統(tǒng)中具有巨大應(yīng)用潛力。然而，目前還缺乏滿足實際需要的和穩(wěn)定的正極材料?；诖耍?strong>美國路易斯安那州立大學Ying Wang、上海大學程紅偉教授和趙康寧博士（共同通訊作者）等人報道了一種以錫（Sn）氧化物層為基底含有吡咯烷酸鹽V2O74-基團的Sn1.5V2O7(OH)2·3.3H2O，作為ZIBs的正極，并且通過原位拉曼和異位XANE證實了在SnVO正極中的反應(yīng)機理，如動力學定量分析一樣。打開V=O邊緣鍵并形成Sn-O-V鍵，導致電荷屏蔽效應(yīng)，從而促進鋅離子的快速擴散動力學。此外，四價錫離子帶來更強的離子鍵，結(jié)合到丙酮酸釩V2O74-基團上，并在丙酮酸釩骨架中產(chǎn)生良好的穩(wěn)定性，從而保證了循環(huán)穩(wěn)定性。測試結(jié)果表明，所制備的SnVO顯示出長循環(huán)壽命和優(yōu)異的倍率性能。測試證實，即使以10 A/g的高電流進行循環(huán)，SnVO正極仍可在500次循環(huán)后保持130 mAh/g的容量，表明在高倍率下仍具有顯著的高容量。該發(fā)現(xiàn)表明，四價錫離子對層狀正極材料的電池性能具有很強的有益作用?？傊?，相信該研究將推動其他多價可再充電電池的進一步研究。
文章信息：
Wangwang Xu?et al. Suppressing the Structural Rearrangements of?Pyrovanadate through Sn pre-intercalation for Zinc-ion Battery. Nano Energy, 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105584.
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