深入理解锌金属负极在水系环境中的腐蚀行为：从基本原理到策略

可充电水系锌金属电池（RAZMBs）由于具有低成本、高能量密度和环境友好等特性，有望成为下一代大规模储能系统。然而，由于锌负极存在不可避免的副反应，即发生在电极-电解质界面的锌腐蚀和析氢反应（HER），RAZMBs的实际应用受到了严重限制。这些持续发生的界面副反应造成了电池的容量衰减和锌的可逆性降低。因此，为了提高电池的使用寿命，经常被忽略的锌负极问题，特别是锌腐蚀和析氢问题需要给予更多关注。

图1 锌腐蚀和析氢过程

图2 耐蚀锌负极展望

近日，上海大学的李谦、易金等研究人员着眼于锌金属负极在水系环境中的腐蚀行为，首先系统讨论了锌在碱性、中性或弱酸性电解质中的自腐蚀和电化学腐蚀过程，分别从影响锌腐蚀的内因（溶剂化结构和Pourbaix图）和外因（表面状态）角度阐明了锌腐蚀的热力学和动力学过程。其次，回顾并总结了目前在电解质添加剂、锌合金、电沉积锌和涂层处理等领域取得的一系列耐蚀锌负极研究进展。具体来说，影响沉积晶面和形成表面膜的电解质添加剂，能够通过改变锌表面状态改善耐蚀性能；具有高析氢过电位的锌合金可以充当耐蚀锌负极；不同基底电沉积的锌或锌合金电极得益于平整致密的表面以及高析氢过电位的合金元素，具有比商业化锌箔更高的耐蚀性；无机和有机涂层以及人工SEI层的使用，有效隔绝了电极与电解质的直接接触，降低了发生锌腐蚀的倾向。

最后，结合当前锌负极面临的问题和挑战，研究人员进行了相应的展望，期望促进耐蚀锌负极在未来应用的发展。目前，耐蚀锌负极材料正处于发展阶段，未来的研究建议重点关注以下几点：

（1）探究锌的表面状态与腐蚀的内在关系，进而制备出新型结构的耐蚀锌负极；

（2）复合添加剂在锌离子电池中的应用及耐蚀锌负极研究；

（3）利用相图分析，设计出耐蚀多元锌合金负极；

（4）提高涂层在电解质溶液中的机械强度和结合力，重点关注自愈合涂层研究。

论文信息

Towards Understanding the Corrosion Behavior of Zinc-Metal Anode in Aqueous Systems: From Fundamentals to Strategies

Prof. Qian Li, Lishun Han, Prof. Qun Luo, Prof. Xiaoyu Liu, Prof. Jin Yi

Batteries＆Supercaps

DOI: 10.1002/batt.202100417