一篇综述带你深入了解可充电锌离子电池

如1图所示，锰氧化物显示出高的工作电压和较好的倍率特性。然而，由于锌离子嵌入相变过程中的Jahn-Teller效应导致Mn2+离子在循环过程中溶解，因此锰氧化物正极的循环寿命有限。电解液中的Mn2+添加剂可以抑制MnO2电极的溶解，但还需要考察适当的浓度，以平衡Mn2+的溶解和再氧化。

钒基正极中稳定的层状骨架和结构水分子有利于锌离子的快速扩散，使其具有高倍率性能和长周期寿命。然而，在水溶液中的平均工作电压仅有0.8V左右，严重制约了其实际应用。通过引入多阴离子或氟离子可以提高钒氧化物的放电电位，但这些附加基团导致分子质量增加，比容量降低。因此，提高钒基阴极的工作电压和正极的比容量是今后研究的重点。

普鲁士蓝类化合物(PBAs)可以支持高达1.5V的平均工作电压，但比容量低(50-80mAh/g)，循环寿命差。PBAs由于随机分布的Fe(CN)6空位破坏了Fe-CN-M键之间的电子传导，从而导致了较差的倍率特性。因此，减少晶格缺陷对提高系统性能具有重要意义。

固态锌离子电池(SZIBs)作为一种新型的储能系统，具有安全性高、无电解液泄漏、灵活性好、成本低等显著优点。由于缺乏高锌离子传导性固态电解质，SZIBs的研究仍然受到限制。2017年，Tong等首先使用PVA/ZnCl2/MnSO4凝胶电解质和MnO2/PEDOT阴极开发了高性能的柔性准固态Zn-MnO2/PEDOT电池(图2)。制成的电池在0.37A/g时表现出282.4mAh/g的高容量，可持续循环多达300次，容量保持率为77.7％，功率密度为504.9Wh/kg，功率密度较高8.6kW/kg。此外，这种柔性电池在弯曲或扭转时，能够保持相似的放电性能，并且没有容量损失，表现出优异的机械强度。然而，由于凝胶电解质的低离子电导率和高电荷转移阻力，准固态电池相对于水溶液体系具有较低的倍率容量。

绝大多数研究使用商用锌箔作为ZIBs研究的负极。金属锌由于其安全、毒性小、理论容量高等优点，被认为是一种很有前途的水性ZIBs负极材料，但金属锌在沉积/剥离过程中不可避免地存在钝化、不可逆、腐蚀和枝晶生长等问题。此外，锌枝晶的生长在循环过程中会不断消耗水分，产生不可逆的副产物，导致ZIBs的库仑效低，容量低，循环寿命有限。随着锌枝晶的生长，锌负极的表面积增大，而随着锌阳极表面积的增大，锌负极的腐蚀和其他表面相关反应增加，导致锌阳极不断消耗，电池性能下降速度加快。锌负极上的稳定涂层可以减缓锌的溶解和枝晶的生长(图3a，b)。Liu等用浇铸法将氧化石墨烯(GO)纳米片涂覆锌金属阳极(图3c，d)。GO纳米片不仅可以防止锌中间体溶解于水溶液中，而且可以提高表面电子导电性，延长循环寿命提高倍率性能。