“一石三鸟”，“一体化”电极策略实现高性能锌离子电池

近日，《国家科学评论》杂志在线发表了由中南大学梁叔全教授和周江教授团队领导的研究成果。水系锌离子电池（ZIBs）以其成本效益高、安全性高、毒性低、能量密度高等优点，在大规模储能领域具有竞争力。高稳定性锌负极是实现高性能锌离子电池的关键保障。面对锌负极所面临的复杂问题，该论文提出了一种综合结构设计、界面修饰和电解液优化的“一体化”（AIO）集成电极系统。

目前已经报道了许多可行的策略来提高锌金属负极的性能。代表性的有结构设计、界面工程和电解质优化等改性策略。上述策略虽然可以在一定程度上提高锌负极的性能，但同时也会造成一些负面影响。结构设计的策略是通过增加电极面积实现均匀的电场分布来实现抑制枝晶作用，但同时也会导致析氢和腐蚀速率增加，从而降低电池的库仑效率和锌利用率。界面改性策略可以避免电极/电解质的直接接触，有效抑制腐蚀，实现均匀的离子沉积，但会导致内阻增加，阻碍电子/离子的传输。凝胶电解质是柔性锌离子储能器件的最佳选择。它具有减少枝晶、副反应和抑制气体逸出的积极作用。但由于凝胶电解质流动性差，与电极处于“点接触”状态，难以适应电极在循环过程中的体积效应和调节功能。

面临这些挑战，近日，受“一石三鸟”策略的启发，结合上述三种改性策略的优点，该论文提出了一种“一体化”电极策略（all-in-one，AIO），集成了结构设计、界面修饰和电解质优化等改性手段的优势于一体。这种AIO电极系统保留了传统3D锌负极的优点，可以有效抑制气体析出和活性水分子引起的副反应。它还实现了足够的电极/电解质界面接触面积，构建了一个新的紧密的电极/凝胶电解质离子传输通道，促进了快速的电子/离子传输。基于AIO电极系统，以NH₄V₄O₁₀和α-MnO₂为正极的全电池表现出良好的稳定性和倍率性能。该改性策略将为当前锌金属负极中的缓慢离子迁移和界面副反应提供新的解决方案，促进水系锌基电池的快速发展。

研究详情请见原文：

Integrated ‘all-in-one’ strategy to stabilize zinc anodes for high-performance zinc-ion batteries

https://doi.org/10.1093/nsr/nwab177

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