水系锌离子电池用钒基正极材料的研究进展

衡永丽，谷振一，郭晋芝，吴兴隆,,*

1东北师范大学化学学院，长春 130024

2东北师范大学，紫外光发射材料与技术教育部重点实验室，长春 130024

1 引言

随着化石燃料的不断消耗和温室效应的逐步加剧，能源匮乏和环境污染已经成为人类社会可持续性发展所面临的两大难题1,2。开发利用风能、太阳能等可再生能源来代替煤、石油等不可再生能源已刻不容缓，然而这些新能源对外界的自然条件有很大的依赖性。因此，高效的能量存储和转化装置必不可少3。近年来，锂离子电池具有高能量密度、长使用寿命以及成熟的制备工艺等特点，已逐步占据了商用可充电电池的市场。但是，锂资源有限、成本高、有机电解液使用造成的安全性和环境等问题，严重阻碍了锂离子电池的进一步发展和大规模化应用4–7。相比于有机电解液的易燃、易挥发等安全隐患，水系电解液则具有更高的安全性，以及价格低、离子传导率高、易于制造等工艺优点，被广泛地研究，有望用于开发下一代的绿色环保可充电电池8,9。在众多水系可充电电池中，水系锌离子电池(aqueous zinc-ion batteries，AZIBs)以锌为负极而表现出的独特优势而备受关注，主要体现在高理论容量(820 mAh·g-1和5855 mAh·cm-3)、低氧化还原电位(相对于标准氢电极，电压为-0.76 V)、在水中具有高稳定性，以及储量丰富和便宜廉价等10–14。因此，AZIBs具有安全性高、成本低、资源丰富和环境友好等优点，被认为是可应用于大规模储能的先进二次电池体系。

19世纪60年代，碱性Zn/MnO2电池发展成为一次电池的主要领导者。……