随着人类社会和经济的进步，能源短缺问题日益紧迫。因此，追求清洁、可再生能源、建设低碳社会受到了全世界的研究和公众的关注。与有机电解质相比，水性电解质具有优越的安全性、降低的成本、简化的组装、更快的离子迁移和更高的离子电导率。因此，水系电池正在成为一种具有间歇性能源利用和可持续发展的高安全性储能系统。大规模应用前景，各种具有优异电化学性能和新颖电化学机理的电极材料得到快速发展。与现有的LIB相比，水系锌离子电池（AZIBs）本质上更安全，并且得益于其低成本、丰富的资源、易于组装和回收、环境友好以及最重要的安全性，先进的AZIBs有潜力取代传统的锂离子、镍氢和铅酸电池，用于未来的汽车、航空/航天领域和可扩展的规模化储能应用。在所有可充电水系电池中，AZIBs由于锌的独特优点而受到广泛关注，包括其成本效益（USD $2 kg−1）、卓越的理论容量（820 mAh g−1和5851 mAh cm−3）、低氧化还原电位（−0.76 V相对于标准氢电极），突出的安全特性、丰富的丰度（比锂丰富大约300倍）、与高反应性金属相比，在水环境中具有显着的稳定性，以及其环保性质。尽管如此，AZIBs仍然存在一些问题，例如：高温条件下电解质中的水蒸发导致电解液浓度变化，从而影响电池性能和稳定性；电极表面形成的钝化产物导致钝化层缺陷，阻碍电极和电解质之间的有效相互作用；析氢反应会导致气体产生，从而导致电池内压升高，影响其安全性和稳定性；电池内锌枝晶的形成会导致内部短路并缩短电池的循环寿命；锌阳极的腐蚀和阴极活性物质的溶解导致电池容量下降；电解质和正极之间的副反应会产生有害的副产物，对电池的稳定性和寿命产生不利影响；此外，Zn2+离子的缓慢动力学可能会限制电池的充电和放电速率以及功率密度，从而影响其在高功率应用中的性能。这些因素共同对AZIBs产生有害影响，如图1所示。
图1 基于传统水系电解质的AZIBs尚未解决的问题
近日南京大学化学化工学院金钟教授团队和盐城工学院孙林教授团队，针对AZIBs储能技术中存在的这些障碍，总结了目前应用于AZIBs的一系列先进水系电解质，例如“盐包水”电解质（WISEs）、水系共晶电解质（AEEs）、分子拥挤电解质（MCEs）和水凝胶电解质（HGEs）（图2）。这篇综述首先对AZIBs的各种先进水系电解质的基本组成、原理和独特特性进行了深入概述。随后，系统地审视了这些先进水系电解质的最新研究进展。总结了与这些先进水系电解质相关的挑战和瓶颈，并提供了建议。这篇综述概述了高性能AZIBs开发的未来方向和潜在策略，预计将为下一代稳定且可持续的多价二次电池的先进电解质系统的开发提供有价值的见解。
图2 基于各种先进水系电解质（包括WISEs、AEEs、MCEs和HGEs）的AZIBs的示意图和雷达图
本工作以题为“Advanced electrolytes for high-performance aqueous zinc-ion batteries”发表在国际顶尖综述期刊《Chemical Society Reviews》(中科院一区Top，影响因子40.4)上。南京大学金钟教授和盐城工学院孙林教授为论文通讯作者。
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/cs/d4cs00584h