近日，电子信息与电气工程学院感知科学与工程学院高国副研究员团队的综述论文“Recent progress and challenges of Zn anode modification materials in aqueous Zn-ion batteries ”（水系锌离子电池锌阳极改性材料的研究进展及挑战）在期刊《Coordination Chemistry Reviews》 (IF=24.8)上发表。

综述背景

日益枯竭的化石资源已不能满足能源需求，并造成了许多不可挽回的环境问题。随着电化学储能设备需求的不断增加，对成本低廉、安全性高、环境影响小的性能优异的电池的需求越来越大。虽然传统有机锂离子电池占据了能源市场的半壁江山，但安全性问题与高昂的成本一直是传统锂离子电池不可避免的缺点。而水基电解质以其阻燃性和高离子电导率显示出其潜在的优势。水系锌离子电池(ZIBs)由于其安全性高、成本低、容量大(5851 mA h/cm3)、环境友好等优点而被广泛应用于储能领域，被认为是下一代便携式储能系统。然而，在实现商业应用之前，必须解决水锌阳极枝晶生长、析氢反应、腐蚀等挑战。

综述亮点

系统全面地总结了Zn枝晶、HER、腐蚀等关键问题的成因和基本机制。

创新地讨论了Zn阳极的三种改性策略（涂层阳极策略、结构化阳极策略、合金化阳极策略），全面讨论了改性材料的设计要点，包括一些新型材料(MOFs、COFs、MXene)。

介绍了改性方法和材料设计要点在未来研究和商业应用领域的挑战和前景。

锌阳极在水系ZIBs中的几个关键瓶颈问题示意图

水系锌离子电池储能机理及枝晶生长、析氢反应、腐蚀等成因机理示意图

水系锌离子电池中涂层策略保护锌负极机理示意图

水系锌离子电池中结构阳极策略保护锌负极示意图

水系锌离子电池中合金化策略保护锌负极示意图

总结与展望

统一水性锌离子电池的检测标准。在锌阳极的稳定性研究中，半电池和全电池的性能和重要性应得到同等的重视。然而，人们可以很容易地注意到对称电池和非对称电池之间的显著性能差距(约20倍)，特别是在大电流和大容量条件下。

开发实际和商业应用。建议采用更薄的锌箔和设计三维结构阳极来提高全电池的比容量。低成本和大规模的制备方法和路线值得更多的努力。为了加速商业应用，建议平衡成本和收益。

采用先进的表征和测试方法。在阳极性能研究中更多地应用先进的表征和电化学方法。

探索设计用于锌阳极改性的复合材料和新型材料。目前对锌阳极合金化的研究主要以二元合金为主，可以探索更多三元合金甚至多元合金，尤其要注意合金相的不同所引起的不同性能。对于结构阳极，有希望的支撑材料应具有大的表面积、良好的结构稳定性、高的Zn负载能力和低的晶格失配。此外，三维结构设计是一种有效的策略。

结合不同的策略。探讨阳极、电解质、分离器和阴极之间的协同作用和复合反应具有重要的实用价值。通过将结构阳极与电解质添加剂相结合，可以获得稳定的阳极界面。探讨水锌电池各组分之间的协同作用，不仅在提高性能方面，而且在实际的大规模制备方面具有重要意义。

上海交通大学电子信息与电气工程学院硕士生朱成瑶为论文的第一作者，高国副研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(81671737)和上海交通大学交叉学科项目(YG2021QN102, YG2021QN65, YG2019QNB31)的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215142