Aqueous zinc-ion batteries at extreme temperature: Mechanisms, challenges, and strategies

材料科学 电解质 储能 电化学 热失控 离子 极化(电化学) 纳米技术 工程物理 热力学 电极 电池(电) 化学 工程类 物理 物理化学 功率(物理) 有机化学
作者
Minghua Chen,Shian Xie,Xingyu Zhao,Wanhai Zhou,Yu Li,Jiawei Zhang,Zhen Chen,Dongliang Chao
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:51: 683-718 被引量:198
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.06.052
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) are considered a potential contender for energy storage systems and wearable devices due to their inherent safety, low cost, high theoretical capacity, and environmental friendliness. With the multi-scenario applications of AZIBs, the operation of AZIBs at extreme temperature poses critical challenges. Nevertheless, the failure mechanism of AZIBs under extreme temperature remains unclear, which hinders the establishment of corresponding modification means. Rather than simply summarizing recent advances, this review comprehensively provides insights from theory to application. Theoretically, the reasons for performance degradation under extreme temperature are explored in depth from thermodynamic and kinetic perspectives, encompassing critical factors such as ion diffusion, redox reactions on the electrode surface, and polarization. Practically, the challenges of AZIBs at low/high temperature are critically appraised, chiefly in terms of electrolyte icing, increased polarization, decreased ionic conductivity, severe side reactions, material dissolution, and thermal runaway. Subsequently, effective strategies to overcome these obstacles and optimize electrochemical performance are concluded. Finally, the possible challenges of batteries at extreme temperature and future development directions are discussed.
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