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水系鋅離子電池（AZIBs）由于其固有的安全性、低成本、高理論容量和環境友好性，被認為是儲能系統和可穿戴設備的潛在競爭者。隨著AZIBs的多場景應用，AZIBs在極端溫度下的運行提出了嚴峻的挑戰。盡管如此，AZIBs在極端溫度下的失效機制仍不清楚，這阻礙了相應改性手段的建立。

為此，哈爾濱工業大學陳楨、復旦大學晁棟梁等人系統總結和回顧了極端溫度下AZIBs的研究進展，包括遇到的挑戰及相應的改性方法。這篇綜述不是簡單地總結最近的進展，而是全面地提供了從理論到應用的見解。

理論上，作者從熱力學和動力學角度深入探討了極端溫度下性能下降的原因，包括離子擴散、電極表面的氧化還原反應和極化等關鍵因素。實際上，AZIBs在低溫/高溫下的挑戰受到嚴格評估，主要是在電解液結冰、極化增加、離子電導率降低、嚴重副反應、材料溶解和熱失控方面。

隨后，作者總結了克服這些障礙和優化電化學性能的有效策略：對于低溫電解液，作者總結了鹽成分調整、有機/混合電解液和凝膠電解質的設計策略；而高溫電解液方面，作者整理了有機涂層、有機添加劑、離子預插層和人工保護層等改性方法。

圖1. 低溫電解液和正極的一些常用性能指標

最后，作者討論了電池在極端溫度下可能面臨的挑戰及未來發展方向：

（1）AZIBs中的其他成分也對性能有很大影響，如粘結劑、集流體、導電劑等。因此，有必要探索在極端溫度下具有高導電性和穩定性的正極；

（2）AZIBs的許多正極材料的電壓窗口不能令人滿意，導致能量密度不理想。因此，極端溫度下的電極設計應著重于高電壓平臺和高穩定性；

（3）除了被動改性以外，具有自熱和自冷功能的電池設計也是一個很有前途的方向，這對于開發寬溫AZIBs具有指導意義；

（4）目前，AZIBs在極端溫度下的性能衰減機制還沒有得到很好的闡明；

（5）在實際應用中，AZIBs的設計應考慮解決極端溫度適應問題，同時盡可能避免其他極端條件對電池的負面影響，這將使AZIBs擁有更廣泛的應用場景。

圖2. 極端溫度AZIBs的未來挑戰

Aqueous Zinc-Ion Batteries at Extreme Temperature: Mechanisms, Challenges, and Strategies, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.06.052

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