中国粉体网讯 水系锌二次电池因为其低成本、环境友好、安全可靠等综合优点，同时兼顾高能量和高功率的特性，有希望应用于大规模储能领域。锌二次电池之所以被看好，主要得益于负极金属锌的优势：①高理论容量（820mAh/g或5851mAh/mL）；②低成本，资源丰富供应稳定；③较低的氧化还原电势（-0.76Vvs.SHE）；④化学稳定性强。
不过，水系锌二次电池的储能性能在很大程度上依赖于电解（质）液。一方面，电解（质）液决定着锌离子在正负极间的传输以及体系电压窗口范围；另一方面，锌离子在正极材料端脱嵌的可逆性、锌负极沉积与剥离的高效性以及锌金属的化学稳定性均与电解（质）液密切相关。开发和设计高性能锌二次电池也意味着开发和设计高效电解（质）液。普通水系电解液由锌盐溶解到水溶剂中制得，因此，大量水分子存在于这些体系中。同时，锌离子也将会被溶剂化并以Zn[（H2O）6]2+离子的形式存在。目前应用较多的锌盐为硫酸锌和三氟甲烷磺酸锌。
然而，普通电解液体系中大量的自由水分子以及Zn[（H2O）6]2+离子具有高活性的特点，会导致正极溶解、电压窗口窄、枝晶生长、析氢、腐蚀等一系列问题。众所周知，水分解的理论电压为1.23V(vs.SHE)，实际应用中的水系锌二次电池的输出电压均低于2V并且伴随着严重的析氢问题，很大程度上限制了电池体系的能量密度及稳定性。另外，正极活性物质和锌负极长时间浸泡于含有大量自由水的体系中，活性材料溶解、金属锌表面物理腐蚀以及电化学腐蚀较为严重，并且大量的溶剂化水分子包围在锌离子周围，锌在沉积过程中极易产生枝晶，造成短路，最终影响电池循环稳定性。因此，研究者们在不牺牲电化学性能的基础上，提出了多种优化电解（质）液的策略，其中之一就包括准固态电解质策略。
凝胶电解质作为一种准固态电解质已被广泛应用在锌金属电化学储能领域。其可通过将锌盐水溶液加入到聚合物基质中制得，制备的水溶液黏度逐渐增大直至失去流动性，整个体系变成一种均匀并保持一定机械性能的半固体。因此，凝胶电解质常被用于柔性电化学储能器件。由于聚合物自身含有的丰富的含氧官能团可与水分子形成较强的氢键作用，因此，锌盐水溶液易于分散在这些聚合物中，并且黏度增大而形成凝胶体，同时自由水被限制在凝胶体系内。活性水含量的减少，一方面增强了凝胶电解液的机械性能，另一方面减少了水溶剂引起的副反应。另外，Zn2+可与聚合物上的官能团形成分子间作用力，其可以有效限制Zn2+的多方向无序移动，有利于Zn2+有序传输并均匀沉积。同时，由于聚合物自身结晶度低且准固态电解质通常具有较高的离子电导率（10-3-10-4S·cm-1），因此，基于凝胶电解质的锌二次电池可表现出较好的循环稳定性。
针对固态电池相关的技术、材料、市场及产业等方面的问题，中国粉体网将在常州举办第四届高比能固态电池关键材料技术大会。为致力于固态电池技术开发的企业，科研院校，以及电动车、储能、特种应用等终端企业提供信息交流的平台，开展产、学、研合作，共同推动行业发展。届时，中南大学方国赵教授将作题为《准固态锌二次电池基础与探索》的报告。报告主要介绍水系锌二次电池相关的无机准固态电解质的调控问题以及电解质/电极界面与电化学性能之间的联系问题。
专家简介：
方国赵，中南大学材料科学与工程学院特聘教授，博士生导师，湖湘青年科技创新人才。主要从事低成本二次电池储能及其关键材料研发，包括电解液和界面、锌锰二次电池等。主持国家自然科学基金面上、湖湘青年科技创新人才、湖南省优青基金等项目。入选科睿唯安（Clarivate）2022年度全球“高被引科学家”，英国皇家化学学会（RSC）2021年度高被引中国作者。以一作/通讯作者在Adv.Mater.，Prog.MaterSci.等期刊发表学术论文40余篇，其中1篇入选中国百篇最具影响力国际学术论文。
参考来源：
韩明明等.可充锌电池电解（质）液调控策略
梁馨月.水系二次电池的钒基、镍基正极和铋基负极材料的改性研究
（中国粉体网编辑整理/文正）
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