EnSM:锌离子电池中锌电沉积的挑战和策略
newbee
当前的锂离子电池存在相对较高的成本和安全问题，限制了其在大规模能量存储应用中的发展。因此，迫切需要开发低成本，可充电时间长，易于制造且安全性高的电池以用于大规模储能领域。相比之下，锌离子电池（ZIB）具有低成本，高充电容量和良好安全性的优点，具有较好的应用前景。作为ZIBs中典型的负极材料，Zn具有资源丰富，成本低廉，高电导率以及在各种水性电解质中的化学稳定性的优点。此外，锌负极具有较高的理论容量（820 mAh g-1、5855 mAh cm-3），较低的氧化还原电势（-0.76 V vs. SHE）和相对较低的过电势。然而，由于锌电沉积过程中的一系列问题，包括锌枝晶的形成，氢气的析出，锌的腐蚀和钝化等等使得目前的ZIB具有容量低，充电性差和库仑效率（CE）低的缺点。基于此，中国科学技术大学陈维教授等人发文重点讨论锌电沉积中的问题和解决方案，旨在为ZIBs的未来发展提供实用化的策略。
文章要点
1）目前对中性和酸性电解质中锌负极行为的基础研究尚无定论。例如，锌枝晶形成，HER，锌腐蚀，钝化和形态变化等问题通常与电解质的pH和盐类型有关。此外，对于沉积速率步骤确定，详细的中间反应和Zn电沉积的界面动力学研究尚不足。
2）DFT计算可用于突出显示基体与Zn2+离子之间的吸附能，并清楚地了解Zn2+离子在界面处的扩散以及Zn电沉积的倾向。实践证明，计算研究是开发最新技术的准确而可靠的策略。
3）通过Bi和Pb掺杂Zn电极有助于获得更高的HER过电势和氧化还原电势，从而降低了HER动力学，有效地缓解了腐蚀。此外，先进的3D金属打印技术可用于制造锌负极并开发出具有成分和结构可控的锌合金。
参考文献
Xinhua Zheng, et al. Challenges and strategies on Zn electrodeposition for stable Zn-ion batteries. Energy Storage Materials. 2021
DOI: 10.1016/j.ensm.2021.04.027
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.04.027