在最近发表的《开放式杂志》上发表的论文中ACS能量信，研究人员回顾了使用水溶液化学作用进行有效设计锌（Zn）-ion电池的基本原理。他们概述了有关减少水活动的新研究，并深入了解了由分子级相互作用控制的Zn金属电池（ZMB）中水解的特征。
学习：调节可充电锌离子电池的水活动：进度和视角。图片来源：P5H/Shutterstock.com
背景
锂离子电池（LIBS）由于其可靠的性能而引起了广泛的关注。但是，与水电系统相比，LIB提出了多个问题，包括高成本和更高的环境污染。
尽管如此，在可充电电池中水解的应用仍带来了进一步的挑战。由于水溶液的限制电化学窗口，实用的电压被盖盖（1.23 V），这进一步限制了电极的选择并影响与电池系统有关的能量密度。因此，广泛的研究致力于开发与电解质相对应的操作窗口。
与碱性金属阳极相比，锌金属在水溶液环境中表现出稳定性。因此，已经非常关注使用锌金属阳极可充电电池。但是，ZMB的实施始终受到水性电解质水活性的影响。这篇综述评估了调节可充电ZMB中水活动的策略。
锌表面化学
基于pH值将ZMB的水溶液分类为中性，碱性和酸性电解质。在碱性溶液中，Zn的溶解度可以导致电极上锌氧化物（ZnO）膜的形成，从而可以降低阳极的有效性。酸性溶液中的锌金属阳极不断消耗h+，从而产生H2气体并导致安全危害，例如电池肿胀。另一方面，中性电解质可以为锌阳极提供更稳定的条件。但是，由于Zn的热力学不稳定，水和水溶液的长期使用可能导致不利的侧面反应。
电解质电极相互作用
稀电解质包含许多自由态水分子，这些水分子随着盐浓度的增加而还原。高盐浓度反过来降低了水分子的分解并形成稳定的相间。该相间可以阻止水分子 - 锌阳极接触并减少H的机会2进化。但是，浓缩电解质会产生低离子电导率和高粘度，以及额外的成本，因此在潜在的储能系统中实施它们是高度挑战性的。
各种锌盐可溶于离子液体（IL），可在这些电解质中实现可逆的锌溶解。由于IL中没有水分子，在抑制Zn阳极腐蚀的同时，实现了相当大的电化学稳定性。但是，这些电解质有几个缺点。ZMB的大多数阴极经历Zn2+/H+共萃取，从而限制了电解质在几个阴极中的应用。有机溶剂通常无效地解离盐阳离子 - 氨基对。
配体可以通过调节氢键结构来显着降低水活性，这随后防止水分分解水。CUI及其团队的一项研究提出了基于尿素与特定量的水混合的深层溶剂（DES）的使用。基于FTIR结果，该团队没有发现游离水分子的聚集，因为水分子表现出与DES的内部相互作用完全参与。这进一步导致对锌阳极的水反应性降低。此外，由于其安全性，生物相容性和丰度，目前正在研究和开发凝胶/胶体电解质。
低温操作
形成H原子和O原子之间H键的静电相互作用可以在初始冷冻期间诱导冰核。引入富含氟的锌盐会破坏H键，从而降低溶液的冰点。中性配体也可以用于打破H键。
结论
总体而言，研究人员总结了ZMB水性水域的最新发展，并审查了应用程序的缺点以及据报道遏制水性电解质水活动的策略。然而，目前的进步与在大型电气系统中实现实际应用相距数英里。
配体辅助电解质是有希望的候选物，因为它们的功能广泛，基于使用的配体类型。根据作者的说法，这些电解质由于对H键裂解的贡献，以及低温性能和阴极稳定性而需要更多的关注。
来源
杨，杨阳，阳阳和霍森周。调节可充电锌离子电池的水活动：进度和视角。ACS能量信0，7https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c01152
赵，J。等。深入的共晶溶剂”电解质使锌金属阳极可用于可充电水电池。纳米能量2019年，57，625-634。
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