在最近的一篇论文发表在开放获取期刊ACS能源字母,研究人员回顾了用水溶液化学原理有效设计锌离子电池(锌)。他们总结了有关新的研究方法,减少水的活动和提供洞察水电解质的特点在锌金属电池(ZMBs)由分子水平的交互。
研究:调节水活动Zinc-Ion充电电池:进展和视角。图片来源:P5h / Shutterstock.com
背景
锂离子电池(LIBs)由于其可靠性能引起了广泛的关注。然而,库提出了多个问题,包括高成本和高环境污染相比,水电池系统。
尽管如此,水电解质在充电电池中的应用提出了进一步的挑战。实际电压上限(1.23 V)的电化学窗口限制水的解决方案,进一步限制电极的选择和影响电池系统的能量密度有关。因此,大量的研究一直致力于开发相对应的操作窗口电解质。
与碱性金属阳极、锌金属展品水溶液电解质稳定环境。因此,相当多的注意力都给充电电池和锌金属阳极。然而,实施ZMBs一直受到水电解质的高水分活度的影响。本文评估了在充电ZMBs策略来调节水活动。
锌表面化学
水电解质ZMBs分为中性、碱性,根据他们的博士在碱性和酸性电解质的解决方案,锌的溶解度会导致锌氧化物的形成(氧化锌)电影电极,可降低阳极的有效性。锌合金阳极在酸性解决方案可以不断消耗H+,从而产生H2气体,导致电池肿胀等安全隐患。另一方面,中性电解质为锌阳极可以提供更稳定的条件。然而,长期使用的水和水溶液可以导致不良副反应由于热力学不稳定的锌。
Electrolyte-Electrode交互
稀电解质含有大量水分子自由州随着盐浓度降低。高盐浓度依次减少水分子分解,形成一个稳定的间期。这个界面可以阻止水molecule-zinc阳极接触,减少H的机会2进化。然而,集中电解质离子电导率较低和高粘度,以及额外的成本,使其高度挑战性的潜在能量储存系统中实现它们。
各种锌盐溶于离子液体(ILs)可逆锌溶解在这些电解质可实现的。由于缺乏水分子在盲降的情况下,大量的电化学稳定性得以实现,同时抑制锌阳极腐蚀。然而,这些电解质有几个缺点。大多数阴极ZMBs接受锌2 +/小时+co-extraction,从而限制了电解质的应用几个阴极。分离盐的有机溶剂通常是无效的cation-anion一对。
水分活度可以显著减少配体通过氢键结构的规定,后来阻止水在水溶液电解质分解。崔和他们的团队的研究提出的使用深低共熔溶剂(DES)基于尿素与特定数量的混合水。根据红外光谱结果,团队没有发现自由水分子的聚合由于水分子显示全面参与内部相互作用DES。这进一步导致降低水反应性对锌阳极。此外,凝胶/胶体电解质目前正在研究和开发由于其安全性,生物相容性和丰富。
低温操作
之间的静电相互作用,形成H-bonds H原子和O原子可以在初始诱发冰核冻结。引入fluorine-rich锌盐可以打破H-bonds因此降低溶液的冰点。中性配体也可以用来打破H-bonds。
结论
总体而言,研究人员总结了最近的事态发展在水ZMBs和回顾了缺陷报告的应用以及策略抑制水电解质的水分活度。然而,当前的进展仍远离实现大规模电力系统的实际应用。
Ligand-assisted电解质是有前途的候选人由于其广泛的使用功能基于配体的类型。根据作者,这些电解质需求更多的关注由于其贡献H-bond乳沟,加上低温性能和阴极稳定性。
源
杨,杨杨,杨Huijun Haoshen周。调节水活动Zinc-Ion充电电池:进展和视角。ACS能源字母0,7https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c01152
赵,J。et al。Water-in-deep低共熔溶剂“电解质使锌金属阳极可充电电池水。纳米能量2019年,57625−634。
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