水系锌离子电池：金属锌负极研究进展

水系锌离子电池具有能量密度高、成本低、安全环保等优点,是一种很有前景的电化学储能系统.然而,水系锌离子电池在反应过程中,锌负极会形成锌枝晶易于刺穿隔膜,导致电池短路;同时,也会钝化生成不可逆产物,导致了电池差的循环稳定性和低的库仑效率.针对以上问题,本文详细地总结和讨论了当前锌负极的优化策略,主要包括电解液添加剂、基底效应、引入保护层以及锌负极的结构设计等,并对未来高性能锌离子电池的发展前景进行了展望.     

水系锌-石墨电池的研究新进展

水系锌-石墨电池是一种新型的二次电池,基于水系电解液中的阴、阳离子同时参与电化学反应实现储能,因其具有高能量密度、高功率密度和安全廉价等诸多优势,有望成为替代锂离子电池的下一代储能产品。本文综述了近年来水系锌-石墨电池的发展现状,总结了锌负极、石墨正极存在的问题及现有的解决方案,对水系锌-石墨电池的下一步发展进行了预测。     

电纺纤维基材料在水系锌离子电池中的应用

水系锌离子电池因其成本低、理论能量密度高和本征安全等,在储能电站、柔性可穿戴电池等领域极具发展潜质.静电纺丝技术可以实现锌离子电池相关材料在纳微米尺度上的掺杂、复合和结构设计,实现其在宏观性能上提高,抑制/减缓锌离子电池中枝晶生长、结构坍塌和析氢/氧等问题.因此,静电纺丝纤维基材料具有组分可调控性广、柔性自支撑能力强和规模化生产能力好等特点,使其在水系锌离子电池中得到广泛的研究和应用.根据静电纺丝技术特点和水系锌离子电池的储能特性,总结分析了静电纺丝纤维基材料在电极活性材料和电极隔膜中的研究进展,并对静电纺丝技术在水系锌离子电池中存在的问题和发展方向进行评述.     

水系锌离子电池电解液添加剂的研究进展

水系锌离子电池具有比容量高、安全性高和经济性好的特点,是最具潜力的新一代电化学储能装置之一.然而,直接利用锌箔作为负极存在严重的锌枝晶和副反应等问题.近年来,大部分研究主要聚焦于通过电解液添加剂来抑制枝晶的生长和减少副反应的发生,以此获得高性能的水系锌离子电池.首先,介绍了水系锌离子电池概况;然后,系统总结了电解液添加剂抑制枝晶生长和副反应的机理;最后,对电解液添加剂策略在水系锌离子电池中的进一步发展提出了建议.     

锌–空气电池抑制阳极钝化的研究进展

锌–空气电池凭借其高能量密度、电极材料资源丰富、生产成本低、储存寿命长、绿色环保无污染等优点而被广泛研究，但由于锌阳极在循环过程中存在锌枝晶生长、钝化等问题，导致锌–空气电池的实际能量密度低于理论容量密度，严重制约了其发展与应用。本文根据锌–空气电池的锌阳极工作原理和钝化机理，从电解液优化、锌阳极结构设计和表面改性等方面分析提出解决锌阳极钝化的措施，并提出了关于这些问题未来的研究方向，最后对锌–空气电池的未来发展做出展望。     

可充电水系锌离子电池无机非金属涂层研究进展

介绍了可充电水系锌离子电池(ZIBs)作为一种新兴电池储能技术,其高安全性、高能量密度和低成本等优势,以及当前制约锌离子电池发展的问题.并且从高性能锌阳极的设计出发,分析了无机非金属涂层抑制锌枝晶生长的作用机理.根据不同的涂层材料,综述了无机非金属材料涂覆锌阳极的研究进展.     

构建银纳米颗粒修饰的四氧化三钴电极用于高性能复合锌电池（英文）

复合锌电池将过渡金属氧化物和氧气的氧化还原反应整合到一个电池中,可以同时实现高能量效率和高能量密度,是一种极具发展前景的电化学系统.然而,正极通常面临活性物质容量利用率低以及氧还原和析出反应活性差的问题.通过构建一种新型具有银纳米粒子修饰的四氧化三钴电极,得益于银纳米颗粒与四氧化三钴纳米线之间的协同作用,导电性得到了改善,形貌得到了有效的优化.使用该电极,复合锌电池可实现在1.85至1.75、1.6、1.55和1.3 V的电压范围内五级平稳放电,在1 mA·cm~(-2)时具有18%的高活性材料利用率和0.69 V的低电压差;而且,可以稳定运行500个充放电循环,在10 mA·cm~(-2)时电压差仅增加0.03 V.这为超高性能复合锌电池提供了一种兼具高活性材料利用率和高氧电催化活性的新型电极.     

聚乙烯亚胺电解液添加剂对锌离子电池性能的影响

针对电池在循环过程中存在副反应和枝晶生长的问题,以聚乙烯亚胺作为电解液添加剂,探究其对锌离子电池性能的影响.对有无添加剂的电池循环后的电极进行X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及电化学分析.研究结果表明:聚乙烯亚胺添加剂在锌负极表面形成的吸附层会阻碍副反应,同时促进锌离子均匀沉积,并最终影响电化学性能.当...     

多级纳米花球状聚多巴胺-钼氧化物复合材料用于宽电压窗口锌离子存储

水系锌离子电池(AZIBs)具有操作简单、成本低、安全性高等优点,在能源存储方面具有广阔的应用前景。然而,开发具有高比容量和稳定循环性能的AZIBs正极材料仍然是一项艰巨的任务。本工作利用钼酸铵与盐酸多巴胺的络合反应,采用简单的共沉淀方法成功制备了具有三维纳米花球结构的聚多巴胺-钼氧化物(PDA-MoO_x)复合材料。聚多巴胺(PDA)的引入不仅可以缓解内应力、抑制体积膨胀,而且可以通过引入功能基团来增加活性位点。得益于独特的结构优势和PDA的协同作用,PDA-MoO_x在水系锌离子电池中的可逆比容量、循环稳定性和倍率性能明显优于MoO_x。在100 mA·g^-1的电流密度下充放电150次,PDA-MoO_x材料的可逆比容量稳定在160 mA·h·g^-1左右,而MoO_x材料的容量仅剩7 mA·h·g^-1。即使在1 000 mA·g^-1,350次循环后,PDA-MoO_x材料的容量...     

圆柱形锌空电池的锌电极性能研究

为了提高锌空气电池的锌电极利用率，将固化胶A与保水剂B按一定质量比配比将锌粉粘结成型，按照AA型(普通5号电池)的外形尺寸组装成电池，用恒阻(10n)连续放电，截止到终止电压0.9V，放电时间达到27h，锌电极利用率达到59.9％，是同型号的普通锌锰电池规定放电时间的2倍以上，试验得到当固化胶A占锌粉的质量分数为1.5％，保水剂B占1％时，电池性能最好。     

空气扩散电极的结构对扣式锌空气电池性能的影响

为了研究空气扩散电极的结构对扣式锌空气电池性能的影响,采用辊压法制作了单层膜、三层膜和两种不同结构的双层膜分别作为扣式锌空气电池的空气电极;测试了空气电极的透气性、极化曲线;并测试了用各种膜电极制作的扣式锌空气电池的放电性能.研究结果表明,单层膜空气电极的透气性能最好,在相同的极化电位下的极化电流密度最大;三层膜空气电极防漏液性能相对最好;催化层与透气层直接接触的双层膜电极由于具有较好的透气性、放电电流密度较高、防漏性能好并延长了电极使用寿命,因而由其装配所得的扣式锌空气电池具有最长的放电时间和最高的平均工作电压.     

CaSn(OH)_6的结构及其在锌镍电池中的应用

为了改善锌负极的循环性能,采用共沉淀法合成CaSn(OH)6,并将其作为锌镍电池的负极添加剂,研究其对锌负极电化学性能的影响。研究结果表明:通过共沉淀方法合成的CaSn(OH)6粒度分布均匀,平均粒径在1μm左右,并且具有较高的纯度;添加CaSn(OH)6的锌负极在循环过程中游离出了Ca(OH)2和金属锡等有益物质,并进一步与ZnO反应生成锌酸钙,降低了锌负极活性物质在电解液中的溶解性,从而显著提高了锌电极的循环性能;以CaSn(OH)6与ZnO的混合物为负极活性物质的模拟锌镍电池具有较高的放电平台和优良的循环性能,经过50次循环后,电池放电容量保持为起始容量的72.6%。     

一种微型锌/空气电池的开发

针对微型自治系统的应用要求,提出了一种具有层状锌电极/碱性电解液/空气阴极结构的微型平板锌空气电池.设计了一种具有高密度微小柱体结构的三维锌电极来获得高空隙率,从而提供最佳的性能.针对所开发的微型电池,根据锌在电解液中的电化学反应原理和电池中的传质过程,综合考虑了质量和电荷守恒定律、液相中的欧姆定律、固相中的电流传输(Buter-Volmer方程),以及锌分解的析出/分解速率和动力学速率,建立了理论模型,在此基础上模拟并讨论了微型电池的性能.采用四掩模工艺制造了原型微型电池.初步试验结果表明,这种微型电池能够提供的最大功率为5 mW,在2 h内可以稳定提供的平均功率为100ìW.尽管这种微型电池的制造工艺仍然有待进一步优化,但是初步的试验结果已经表明,电池的结构设计和计算机建模结果是令人满意的,这种锌空气电池的概念用于微型自治系统是可行的.     

高性能长循环锌离子电池双金属氧化物ZnMnO3正极材料

通过溶胶-凝胶法制备了一种锰基双金属氧化物ZnMnO₃纳米颗粒材料,首次将其应用于水系锌离子电池正极材料。在300 mA/g的电流密度下表现出高的放电比容量(175 mA·h/g)。在1 000 mA/g的电流密度下放电比容量仍然高达134 mA·h/g。与单金属氧化物相比,ZnMnO₃表现出更优异的循环稳定性和更好的倍率性能。通过非原位的电极表面扫描电子显微镜(SEM)形貌表征,ZnMnO₃在循环过程中能够保持结构的稳定性,从而具有稳定的长循环性能。通过非原位X射线衍射(XRD)分析表明,ZnMnO₃的储锌行为符合嵌入脱出机理。     

Cr掺杂对β-MnO2晶体结构和性能的影响

利用一步水热法制备出β-MnO₂(MO)和5%Cr掺杂的β-MnO₂(CMO),Cr掺杂后MO的(110)晶面间距从0.311 nm增大到0.312 nm,有利于其作为水系锌离子电池正极材料时Zn²⁺在晶体中的脱嵌，显著提高了电池比容量及充放电过程中的循环稳定性.     

锌空燃料电池电站

燃料电池发电技术已经受到人们越来越多的重视。介绍了利用锌空气燃料电池技术建设电站，利用分体式电极技术制造世界上最大的单电池，该电站采用独特的分离循环技术，可以提高电站总体效率。给出建设电站的相关参数。     

聚合物膜对锌空气电池空气扩散电极性能的影响

为了研究聚合物膜对空气扩散电极性能的影响，采用辊压法制备出空气扩散电极，并将选用的两种聚合物溶液涂覆于空气扩散电极的透气层，测试了空气扩散电极对氧气和水蒸气的选择性、吸水和失水性能以及用各种空气电极制作的锌空气电池的放电性能．研究结果表明，涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液的空气扩散电极对氧气和水蒸气的分离系数达到2.11；由涂覆一层聚二甲基硅氧烷膜透气层制成的空气扩散电极所装配的AA型锌空气电池不论在干燥环境和在潮湿环境中，都大大提高了电池的放电容量，锌电极的利用率明显提高．     

环保新能源——锌-空气电池

机械式锌-空气电池是属一次电池。它是以空气中的氧(O_2)当作阴极活性物,锌(Zn)当作阳极活性物的电池。氧本身不能直接作为电极,必须先溶解在电解液(KOH)中,借扩散机制然后吸附在多孔性碳电极表面上,在碳电极表面发生电化学反应,产生电流,氧气的消耗则来自空气中的氧气,因此,     

镁掺杂氧化锰电极材料用于高性能水系镁离子二次电池

水系镁离子二次电池在低成本与高安全性储能设备中应用前景广阔。虽然氧化锰被认为是水系镁离子电池中一种有潜力的电极材料,但其电子导电性低和循环性能差的问题极大地阻碍了氧化锰电极材料实际应用。本文提出了一种新颖的氧化锰电极材料的镁掺杂工程技术,同时对构建的镁掺杂氧化锰电极材料的电子结构和电化学性能进行了深入研究。DFT理论计算证明了镁掺杂对调节氧化锰电子结构的重要作用,并且原位拉曼结果也证实了镁掺杂氧化锰在充放电过程中可逆的相变过程。因此,该电极材料展现出高比容量（419.8 mAh·g?1）,以及优越的循环性能（1000次循环后容量几乎没有衰减）。基于这种镁掺杂氧化锰电极材料,我们成功组装了一种软包装型水系镁离子二次电池,该储能器件具有优越的电化学储能性能,实现了水系镁离子二次电池的高比能与长续航特性,揭示了其在高性能能源技术领域中的巨大应用潜能。     

PVA碱性凝胶聚合物电解质电化学稳定性及其在锌镍二次电池中的应用

溶解铸膜法制备了PVA(聚乙烯醇)-KOH碱性聚合物电解质.用循环伏安和激光拉曼光谱对其电化学稳定性进行了研究,并将其应用于锌镍二次模拟电池.结果表明,该固态电解质具有较好的稳定性,循环寿命远远高于以5 m o l/L KOH水溶液为电解质的锌镍电池.