中南大学EES综述：锌离子电池电解液基础和展望- 大数跨境

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中南大学EES综述：锌离子电池电解液基础和展望

科学材料站

2020-10-24

导读：该综述系统地阐述了锌离子电解液的基本性质与特征、电解液/电极界面的基础科学问题及其优化策略和先进表征手段。同时，鉴于目前在学术研究中缺乏对一些实际问题的考虑，作者在电解液体系的选择、液态电解液的用量、

文章信息

锌离子电池电解液基础和展望

第一作者：张腾升

通讯作者：方国赵*，周江*，梁叔全*

单位：中南大学

研究背景

锌离子电池因为其低成本、环境友好、安全可靠等综合优点，同时兼顾高能量和高功率的特性，有希望应用于大规模储能领域。

近年来，锌离子电池受到了越来越多科研人员的关注，大量针对锌离子电池的研究涌现而出。但是涉及电解液、负极、正极及界面的一些关键科学问题仍未得到很好解决，极大地阻碍了锌离子电池的发展和应用。

尤其在电解液方面，是个系统性难题，通过电解液调控推动锌离子电池的发展具有重要的科学与工程意义。

文章简介

近日，中南大学梁叔全/周江/方国赵教授等在国际顶级期刊Energy & Environmental Science (影响因子：30.289) 上发表题为“Fundamentals and perspectives in developing zinc-ion battery electrolytes: A comprehensive review”的综述文章。

该综述系统地阐述了锌离子电解液的基本性质与特征、电解液/电极界面的基础科学问题及其优化策略和先进表征手段。同时，鉴于目前在学术研究中缺乏对一些实际问题的考虑，作者在电解液体系的选择、液态电解液的用量、胶态和固态电解质的制备等方面进行了讨论。

最后，作者在开发和研究锌离子电解液方面提出了展望和建议，有望促进锌离子电解液的发展。该文章的第一作者为中南大学的硕士研究生张腾升。

导师专访

Q：该领域目前存在的问题？这篇文章的重点、亮点。

锌离子电池多使用水系电解液，这也是其主要优势之一。然而，大量活性水的存在使得锌离子电池出现了一系列问题，例如锌负极的枝晶、腐蚀、钝化，电解液电化学窗口窄，正极材料溶解等，因此，开发能够实现锌离子电池整体性能提升的新型电解液势在必行。

同时，想进一步推进锌离子电池的发展，需更多地关注电解液在实际应用中存在的难题，比如价格、电解液体系的选择、电解液的添加量等等。

目前，有关锌离子电池的综述大多集中在正极材料，锌负极材料以及储能机理等方面，有关锌离子电解液的全面的论述。

本文对锌离子电池电解液的基本特性、电解液/电极界面等进行了系统性的综述，特别的是，本文第一次针对锌离子电池电解液在应用过程中的一些实际问题进行了讨论，这将对未来锌离子电池电解液的开发起到一定的指导作用。

本文要点

要点一：锌离子电解液的基本特性

文章全面概述和评价了锌离子电解液的离子电导率、离子迁移数、电化学稳定电位窗口及温度适应性等受电解液组分和本体结构等因素影响的基本特性，同时，本文还介绍了在探索性研究中面临的问题和优化策略。

要点二：电解液/电极界面

文章总结和评价了电解液/电极界面的重要界面特性，如物理接触、界面相容性、电化学稳定性等，同时，作者从电解液的角度出发，就界面存在的问题及相应的策略进行了分析和阐述，最后作者针对锌离子电池的电极/电解液界面的表征和分析进行了概述。

要点三关于电解液的实际应用问题的讨论

尽管锌离子电解液已经取得了长足的发展，但大多数都是基于实验室的学术研究，与实际应用相差甚远。因此，本文针对锌离子电解液在实际应用中可能遇到的一些关键问题进行了讨论，主要包括：电解液体系的选择，液态电解液的用量，凝胶和全固体电解液的制备，电解液中的水含量，电解质中溶解氧的影响等与电解质有关的问题，以及功能性隔膜的辅助作用等。

要点四锌离子电解液的发展前景和潜在的研究方向

考虑到锌离子电解液研究面临的挑战和进一步的发展，本文最后提出了关于锌离子电解液的发展前景和潜在的研究方向。

主要包括：1）对电解液的结构，电化学原位状态以及与电化学性能关系的进一步认识；2）开发具有高性价比的新型电解液，其中主要包括具有高电化学活性和长循环寿命的混合态电解液，能够提升电池工作电压或者容量的锌离子电解液，以及具备良好环境适应性的功能性电解液；3）系统深入地研究电解质/电极界面，建立起电解液与界面之间的关系以及通过先进表征手段来揭示界面效应。

文章链接

Fundamentals and perspectives in developing zinc-ion battery electrolytes: A comprehensive review. Energy Environ. Sci. (2020).

https://doi.org/10.1039/D0EE02620D