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水系鋅離子電池（ZIBs）由于環境友好、成本低、本質安全被認為是大規模儲能的有前途候選者。然而，仍有許多科學和技術問題沒有揭示，特別是對電解液/電極界面（EEI）電化學行為的基本理解，這會深刻影響水系ZIBs的電化學性能。

在此，中南大學方國趙教授等人特別關注EEI的特性和形成機制、EEI 的各種離子電化學行為以及正極和負極的界面優化策略。

(1) 對于正極側：CEI界面反應的功能機制仍不清楚。有報道稱副反應會損害電化學性能，也有稱界面反應可以提高水系ZIBs的穩定性和容量。此外，人工界面層工藝復雜，可控制備是一個難題；

(2)負極側：雖然鋅負極的結構調控和人工包覆是非常有效的途徑，但直接應用于商用電池的可行性還需要更多的實驗和技術驗證。此外，涂層策略還存在諸多問題，如涂層制備的規模化、涂層工藝的實用性和涂層厚度的精確控制等問題，需要未來解決；

(3)對于電解液、隔膜等其他成分：這些成分與電極的相容性還缺乏系統的研究。例如，不同類型的正極材料需要匹配含水量、溶劑、溶質等不同的電解液。

圖1. 三種EEI形成示意圖

最后，作者給出了如下展望：

（1）EEI原位狀態分析，采用更先進的“原位”/operando”表征技術，如 FTIR、拉曼、核磁共振等跟蹤界面的形成、演化和離子傳輸途徑；

（2）進一步優化EEI，包括CEI（正極-電解液界面：更廣泛和徹底地研究界面化學與 Zn²⁺存儲機制之間的相互作用）和AEI（負極-電解液界面：控制晶粒尺寸、合金化或構建3D結構有利于形成均勻的表面電場，提高Zn沉積/剝離的CE）；

（3）水系ZIBs的商業化。對于電極來說，正極材料高負載的電化學性能測試是應用的一個非常重要的指標；電解液方面，有必要加大對各種電解液體系與正負極匹配的研究。此外，凝膠電解質/準固體電解質是近年來ZIBs領域的研究熱點，其機械性能、柔韌性、熱穩定性、化學穩定性和電化學性能仍需要考慮。

圖2. 正極表面改性以提高Zn²⁺存儲能力

Electrolyte/electrode interfacial electrochemical behaviors and optimization strategies in aqueous zinc-ion batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.011

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中南方國趙EnSM: 水系鋅電池電解液/電極界面電化學行為及優化策略

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