<水系电池>专题帮你整理好了，别错过！

电池研究如火如荼，高校企业千家万户。大家对高能量密度的追求，加上中美等国的政策补贴，我们只看到了锂电池的风光。但是，当安全问题屡屡出现的时候，比如近期不断的电动汽车自燃、爆炸事件，人们蓦然回首才发现，安全才是电池王国的硬核，它承载着电池的安身立命之本。能量密度大步冲，没有安全都成空。 水系电池（ABs）崭露头角！因为其低成本、高安全、可大规模生产的优点是当前主流的有机体系电池难以企及的。水系电池极有可能成为众望所归。

本特刊旨在展示水系电池研究的新进展、新动态和新成果，先进水系动力电池探究及规模化应用，设计适用于安全、可大规模能源存储的水系新材料、新机理，新体系。本特刊研究水系电池体系涉及：水系锌离子电池、水系钠离子电池、水系铝离子电池、水系锂离子电池、水系液流电池、水系锌空气电池、水系锌金属负极、水系铁氢气电池、水系镍铋电池、水系有机电极材料等。

论文包括4篇综述，23篇研究文章。综述文章来自中科大钱逸泰/朱永春团队、新加坡国立大学John Wang团队、香港城市大学张其春团队、中南大学王海燕团队。研究文章有来自犹他州立大学刘天骠团队、香港城市大学卢怡君团队、日本九州工业大学马廷丽教授团队、中南大学梁叔全/周江团队、德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram团队、新加坡科技与设计大学杨会颖团队、香港城市大学支春义团队、中科大陈维团队、武汉理工麦立强/周亮团队、新加坡国立大学王庆团队、南开大学牛志强团队、东南大学林保平团队、复旦夏永姚/上海大学易金团队、哈工大(深圳)黄燕团队、中山大学卢锡宏团队等，欢迎各位读者阅读和引用。

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1、犹他州立大学刘天骠团队：流速对海水淡化液流电池性能的影响

F. Wang，W. Wu，Z. Lu，B. Yuan，Y. Zhao*，T.L. Liu*，Understanding impacts of flow rate on performance of desalination flow batteries. Materials Today Energy 21 (2021) 100750.

文章亮点

1、研究了流速对紫精/亚铁氰海水淡化液流电池的影响。

2、流速可以降低电池阻力，以提高能源和淡化效率。

3、0.56 M 模拟海水的脱盐率达到 93.9%。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100396

2、哈工大(深圳)黄燕：离子液体凝胶用于宽温区纱线锌锰电池

Jie Liu，Ningyuan Nie，Jiaqi Wang，Mengmeng Hu，Jiaheng Zhang，Mingyu Li，Yan Huang*， Initiating a wide-temperature-window yarn zinc ion battery by a highly conductive iongel. Materials Today Energy 16 (2020) 100372 .

文章亮点

1、柔性离子凝胶电解质在0到60°C保持高离子电导率。

2、柔性纱线型电池可在 0 至 60°C 范围内展示更高的容量和能量密度。

3、0°C 下的柔性纱线型电池优于25°C 下大多数报道的设备。

4、我们的工作为柔性电子产品在恶劣条件下的应用奠定了基础。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2019.100372

3、中南大学梁叔全/周江MTE封面文章：水系Zn/MnO2电池溶解/沉积机理

Xun Guo，Jiang Zhou*，Chaolei Bai，Xinkuo Li，Guozhao Fang，ShuquanLiang*，Zn/MnO₂ battery chemistry with dissolution-deposition mechanism. Materials Today Energy 16 (2020) 100396.

文章亮点

1、提出了水相Zn/MnO₂电池的溶解-沉积机理。

2、这种机制可以合理地解释一些令人困惑和无法回答的现象。

3、探讨了反应动力学的主要局限性，例如 Zn₄SO₄(OH)₆·4H₂O 和活性 H₂O。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100396

4、德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram：MOF衍生物用于锌空气电池ORR和OER

Soham Agarwal, Xingwen Yu, Arumugam Manthiram*, A pair of metal organic framework (MOF)-derived oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) catalysts for zinc-air batteries. Materials Today Energy 16(2020)100405.

文章亮点

1、使用 MOF 组合牺牲Te模板开发了一种活性ORR 催化剂。

2、MOF 衍生的混合金属硫化物 OER 催化剂显示出高活性和稳定性。

3、具有解耦 ORR/OER 催化剂对的锌空气电池显示出高能效。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100405

5、新加坡科技与设计大学杨会颖：用于锌-空气电池的3D打印功能电极

Jian Zhang, Xue Liang Li, Shuang Fan, Shaozhuan Huang, . DongYan，LeiLiu，PabloValdivia y Alvarado，Hui Ying Yang*.3D-printed functional electrodes towards Zn-Air batteries. Materials Today Energy16(2020)100407.

文章亮点

1、3D打印技术被用于构建功能电极。

2、锌-空气电池的电极是印刷的。

3、印刷锌空气电池性能优越。

4、成功验证了打印电池电极的可行性，这可能会彻底改变电池制造。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100407

6、支春义/武祥：VO₂空心纳米球作为水锌离子电池的正极材料

Y. Liu, P. Hu, H. Liu, X. Wu*, C. Zhi*，Tetragonal VO₂ hollow nanospheres as robust cathode material for aqueous zinc ion batteries. Materials Today Energy 17 (2020) 100431.

文章亮点

1、采用水热法合成了VO₂ (A)空心球。

2、该电极在0.1 A g⁻¹电流密度下的比容量为400 mAh g⁻¹。

3、组装的电池在 71.7 W kg^-1 的功率密度下表现出出色的能量密度 (316.8 Wh kg^-1)。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100431

7、钱逸泰/朱永春团队：水系钠离子电池的发展及前景

M. Liu, H. Ao, Y. Jin, Z. Hou, X.Zhang, Y.Zhu*, Y. Qian, Aqueous rechargeable sodium ion batteries: developments and prospects. Materials Today Energy 17 (2020) 100432.

文章亮点

1、回顾 ASIB 的电极材料和全电池系统。

2、提高ASIBs电化学性能的策略。

3、ASIBs面临的一些重要方向和挑战。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100432

8、中国地质大学蔡卫卫：选择性刻蚀石墨烯封装CoFe催化剂用于锌-空气电池

J. Wu, J. Zou, W. Zhang, J. Li, Z.Yang, K.Qu, Y.Li, W. Cai*, Selectively etched graphene encapsulated CoFe catalyst for zinc-air battery application . Materials Today Energy 17(2020)100438.

文章亮点

1、设计了具有原位传质结构的CoFe催化剂。

2、封装在石墨烯笼中的 CoFe 对 ORR/OER 具有高度活性。

3、与贵金属催化剂相比，ZAB 表现出三倍的功率密度。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100438

9、钱逸泰/杨建/曾涑源团队：聚吡咯调控锌金属电镀/剥离

Feng Zhang, Chenggang Wang, Jun Pan, Fang Tian, Suyuan Zeng*, Jian Yang*, Yitai Qian, Polypyrrole-controlled plating/stripping for advanced zinc metal anodes. Materials Today Energy 17(2020)100443.

文章亮点

1、采用一种简单的表面涂覆方法制备了PPy涂层锌箔。

2、PPy涂层可以大大提高锌电极的电化学性能。

3、PPy的引入可以改变锌在充电过程中的生长方式。

4、这种简单的方法为锌电极的大规模应用开辟了新的前景。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100443

10、马廷丽/李艳强团队：钴@多孔碳作为锌-空气电池双功能电催化剂

Y. Li*, M. Cui, C. Wang, Y. Chen, S.Chen*, L.Gao, A.Liu, W-N.Su, T. Ma*, Morphology engineering of cobalt embedded in nitrogen doped porous carbon as bifunctional oxygen electrocatalyst for Zn-air battery. Materials Today Energy 17(2020)100455.

文章亮点

1、通过晶体分裂机制合成了一系列不同形貌的钴基配合物。

2、合成了Co@NC-x，考察了其形貌对电催化性能的影响。

3、Co@NC-x显示了各种暴露的有效活性位点和质量传输阻力。

4、Co@NC-80显示了良好的ORR和OER双功能活性。

5、Co@NC-80 催化的锌-空气电池表现出比 Pt/C+RuO₂ 更好的性能。

 https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100455

11、中南大学方国赵团队：界面化学协助稳定的水系锌锰电池

J. Huang, X. Tang, K. Liu*, G. Fang*, Z.He, Z. Li, Interfacial chemical binding and improved kinetics assisting stable aqueous Zn–MnO₂ batteries. Materials Today Energy 17 (2020) 100475.

文章亮点

1、本文首次提出了一种抑制锰溶解的化学结合方法。

2、结果表明，涂覆PPy可降低界面反应活化能。

3、与单纯的 MnO₂ 相比，MnO₂/PPy 电极显示出较低的电化学极化，并且没有容量衰减。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100475

12、中南大学王海燕团队：高效铝空气电池铝电极界面设计——问题与进展

S. Wu, Q. Zhang, J. Ma, D. Sun*, Y. Tang，H. Wang*, Interfacial design of Al electrode for efficient aluminum-air batteries: issues and advances. Materials Today Energy 18(2020)100499.

文章亮点

1、减少负极钝化的界面设计策略回顾。

2、减少负极自腐蚀的界面设计策略回顾。

3、铝基负极、电解质和电池组件设计的策略。

4、对铝-空气电池的进一步研究提出了一些展望。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100499

13、深圳大学范梁栋： MOFs 衍生 Fe-N-C改善锌空气电池氧还原活性

Kuofeng Xu, Huayuan Bao, Chaoyun Tang, Kristina Maliutina, Fengjiao Li, Liangdong Fan*, Engineering hierarchical MOFs-derived Fe–N–C nanostructure with improved oxygen reduction activity for zinc-air battery: the role of iron oxide. Materials Today Energy 18(2020)100499.

文章亮点

1、用于制造 MOF 的绿色且可持续的水性而非有机溶剂工艺。

2、优异的 ORR 和锌空气电池性能超过文献值。

3、Fe₃O₄增加了Fe-N-C的润湿性，提高了电催化ORR性能。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100500

14、大连理工大学张依福：铵离子嵌入氧化钒用于水系锌电池

L. Xu, Y. Zhang*, J. Zheng, H. Jiang, T. Hu, C. Meng, Ammonium ion intercalated hydrated vanadium pentoxide for advanced aqueous rechargeable Zn-ion batteries. Materials Today Energy18 (2020):100509.

文章亮点

1、NVOH 是通过应用于 ARZIBs 的相对低温合成 (100°C) 制备的。

2、研究了锌盐电解质对其电化学性能的影响。

3、Zn//NVOH电池在0.1 A g⁻¹时的比容量为372 mAh g⁻¹，在155 W kg⁻¹时的能量密度为273 Wh kg⁻¹。

4、Ni//NVOH电池具有长寿命循环性能

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100509

15、中科大陈维团队MTE封面报道：一种高性能的水系铁-氢气电池

Z.Zhu, Y.Meng, M.Wang, Y.Yin, W.Chen*, A high-performance aqueous iron–hydrogen gas battery. Materials Today Energy 19 (2021) 100603.

文章亮点

1、通过采用低成本的[Fe(CN)₆]^3–/[Fe(CN)₆]^4–氧化还原电对作为液态正极，与氢气负极进行匹配，在碱性的水系溶液中组装成了一种全新的水系铁-氢气 (Fe-H₂) 电池体系。

2、设计的Fe-H₂电池具有1.29 V高的放电平台、93%的能量效率，并且在60 mA的大电流下，能量效率仍然高达73%，以及超过20000次的循环寿命。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100603

16、新加坡国立大学John Wang：柔性准固态水系锌基电池电极材料设计及研究进展

Z. Pan*, J. Yang, J. Jiang, Y. Qiu, J. Wang*, Flexible quasi-solid-state aqueous Zn-based batteries: rational electrode designs for high-performance and mechanical flexibility. Materials Today Energy 18 (2020) 100523.

文章亮点

1、简要综述了近年来柔性准固态水相锌基电池的研究进展。

2、该综述基于对柔性电极和设备的合理设计的观点。

3、讨论了新一代柔性水电池领域中尚未解决的一些问题。

4、本综述将吸引更多的研究人员对柔性水系电池的进一步发展进行研究。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100523

17、武汉理工麦立强/周亮团队： Na₂SO₄引入改善锌离子混合电容器的电化学性能

K.A. Owusu, X. Pan, R. Yu, L. Qu, Z.Liu, Z.Wang, M.Tahir, W.A.Haider, L.Zhou*,  L. Mai*, Introducing Na₂SO₄ in aqueous ZnSO₄ electrolyte realizes superior electrochemical performance in zinc-ion hybrid capacitor. Materials Today Energy 18 (2020) 100529.

文章亮点

1、采用改性ZnSO₄/Na₂SO₄电解液对锌离子复合电容器(ZIHC)的性能进行了高速提高。

2、在ZnSO₄/Na₂SO₄中，ZIHC的能量密度为20Wh kg⁻¹，而在ZnSO₄中则为4.5Wh kg⁻¹。

3、采用了先进的表征技术证实了H⁺吸附/解吸对锌储存的贡献。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100529

18、新加坡国立大学王庆：水系多硫化物电池之SILAR沉积CuS电催化剂

Mengqi Gao, Songpeng Huang, Feifei Zhang, Yann Mei Lee, Shiqiang Huang, Qing Wang*, Successive ionic layer adsorption and reaction–deposited copper sulfide electrocatalyst for high-power polysulfide-based aqueous flow batteries. Materials Today Energy 18 (2020) 100540.

文章亮点

1、介绍了一种可扩展和可控的高活性电催化剂沉积方法。

2、提出了一种具有优异电化学性能的多硫化物氧化还原液流电池，与报道的电池相比，显示出优异的能量效率、容量保持率和功率性能。

3、提出了一种对环境友好且成本低廉的电网规模储能的有吸引力的解决方案：简便的 SILAR 技术和廉价的电解质材料。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100540

19、香港城市大学张其春：有机电极材料在水系单价电池中的应用

J. Xie, Q. Zhang*, Recent progress in aqueous monovalent-ion batteries with organic materials as promising electrodes. Materials Today Energy 18 (2020) 100547.

文章亮点

1、综述了近年来有机材料水离子电池的研究进展。

2、介绍了水相单价离子有机电池的不同构型。

3、介绍了不同的工作机理。

4、综述了国内外报道的氧化还原活性有机材料。

5、提供了关于水单价离子电池接下来的挑战和建议。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100547

20、南开大学牛志强团队MTE封面报道：无定型MnO2用于柔性高倍率水系锌电池

S. Bi, Y. Wu, A. Cao, J. Tian*, S. Zhang*, Z. Niu*, Free-standing three-dimensional carbon nanotubes/amorphous MnO₂ cathodes for aqueous zinc-ion batteries with superior rate performance. Materials Today Energy 18(2020)100548.

文章亮点

1、制备了独立式复合薄膜作为水相锌离子电池的正极。

2、所制得的水相Zn/MnO₂电池表现出优异的性能。

3、柔性Zn/MnO₂电池在弯曲状态下性能稳定。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100548

21、东南大学林保平：新型水系可充电镍铋电池

W. Kang, X. Kong, J. Li, P. Wang, Y.Sun, X.Zhang, H.Yang, B. Lin*, Novel aqueous rechargeable nickel-bismuth batteries based on porous Bi₂MoO₆ microspheres and CoxNi_1-xMoO₄@NiCo-layered double hydroxide heterostructure nanoarrays. Materials Today Energy 18 (2020) 100549

文章亮点

1、制备了高孔Bi₂MoO₆微球作为负极活性材料。

2、在镍泡沫上合成了精心设计的无粘合剂 Co_0.5Ni_0.5MoO₄@NCLDH-y 作为正极。

3、以Bi₂MoO₆微球为负极活性材料，Co_0.5Ni_0.5MoO₄@NCLDH-12为正极，研制了一种新型水系镍铋可充电电池。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100549

22、夏永姚/易金团队：通过抑制水的活性来提高锌负极的电化学可逆性

Jin Cui, Xiaoyu Liu*, Yihua Xie, Kai Wu, Yongqing Wang*, Yuyu Liu, Jiujun Zhang, Jin Yi*, Yongyao Xia, Improved electrochemical reversibility of Zn plating/stripping: a promising approach to suppress water-induced issues through the formation of H-bonding. Materials Today Energy 18 (2020) 100563.

文章亮点

1、氢键是通过添加一种基于醚的添加剂而形成的。

2、通过氢键的形成可以抑制析氢反应。

3、通过氢键合可以抑制锌的腐蚀。

4、电极/电解质界面可以通过增加润湿性来调整。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100563

23、马廷丽/李艳强团队：双金属钴钼碳化物作为锌空气电池双功能电催化剂

Yanqiang Li*, Zehao Yin, Ming Cui, Siru Chen*, Tingli Ma*， Bimetallic cobalt molybdenum carbide–cobalt composites as superior bifunctional oxygen electrocatalysts for Zn–air batteries. Materials Today Energy 18 (2020) 100565.

文章亮点

1、以钼-聚多巴胺@ZIF-67复合材料为前驱体，制备了Co₆Mo₆C₂-Co@NC纳米棒复合材料。

2、Co₆Mo₆C₂被证明是析氧反应的高活性物质。

3、Co₆Mo₆C₂–Co@NC 复合材料在 10 mA cm^-2 下表现出 268 mV 的低 OER 过电位。

4、Co₆Mo₆C₂–Co@NC 可用于锌空气电池的双功能电催化剂。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100565

24、香港城市大学卢怡君：超高面容量长寿命柔性水系锂离子电池

Y. Zhou, Z. Wang, Y.-C. Lu*， Flexible aqueous lithium-ion batteries with ultrahigh areal capacity and long cycle life. Materials Today Energy 19 (2021) 100570.

文章亮点

1、提出了一种简易渗透法制备柔性电极的方法。

2、柔性水性锂离子电池实现了 23 mAh cm^-2 的超高面积容量。

3、该电池具有良好的力学和电化学稳定性。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100570

25、哈工大(深圳)黄燕团队：水系电池的温度适应性问题

H. Wang, Z. Chen, Z. Ji, P. Wang, J.Wang,  W.Ling,  Y. Huang*,

Temperature adaptability issue of aqueous rechargeable batteries. Materials Today Energy 19 (2021) 100577.

文章亮点

1、本文首次总结了ARBs在不同温度下解决各种问题的策略。

2、主要从电解液、电极两个维度介绍各种策略和进展。

3、讨论了这一新兴领域未来研究的挑战和机遇，并提供了进一步的展望。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100577

26、中山大学卢锡宏团队：二氧化钒纳米带实现超快的铝离子存储

Y. Wang, X. Shi, J. Wang, X. Liu*, X. Lu*, Nanobelt-like vanadium dioxide with three-dimensional interconnected tunnel structure enables ultrafast Al-ion storage. Materials Today Energy 19 (2021) 100578.

文章亮点

1、为实现Al³⁺的快速存储，研制了三维互联隧道结构的VO₂。

2、在电流密度为200mA g⁻¹的情况下，VO₂电极可提供235mAh g⁻¹的高容量。

3、原位表征证明了Al³⁺离子嵌入/脱出的储能机制。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100578

27、杨军/樊友军：MOF辅助合成Ni、Co、Zn、N掺杂多孔碳作为锌空气电池高效电催化剂

K. Huang, C. Rong, W. Zhang, X. Yang, Y.Fan*, L.Liu, Z.Yang, W.Chen*, J. Yang*, MOF-assisted synthesis of Ni, Co, Zn, and N multidoped porous carbon as highly efficient oxygen reduction electrocatalysts in Zn–air batteries. Materials Today Energy 19 (2021) 100579.

文章亮点

1、基于金属有机框架 (MOF) 的策略衍生出 Ni、Co、Zn 和 N 多掺杂多孔碳 (Ni-Co-Zn-N-PC)。

2、Ni-Co-Zn-N-PC 具有丰富的空洞和孔隙，具有较大的比表面积。

3、丰富的活性位点和协同作用促进了 Ni-Co-Zn-N-PC 的氧还原反应性能。

4、Ni-Co-Zn-N-PC 在锌-空气电池中用作有效的氧还原催化剂。

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100579

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