水系锌离子电池中锌金属负极研究的十大误区和关键点

水系锌离子电池由于绿色的操作环境、电解质的高离子电导率、高的理论容量，成为大规模储能的候选者，其负极材料的选择尤为关键。锌金属负极的工作机制是基于Zn2+/Zn的电沉积/溶解，但这一过程涉及多个复杂阶段，且受到多种因素的影响，因此在研究中存在一些误区和关键点。以下是水系锌离子电池中锌金属负极研究的十大误区和关键点的归纳：

误区

对成核过电势和生长过电势的误解：

在电沉积过程中，成核过电势和生长过电势是驱动锌离子还原为锌原子的关键参数。然而，一些研究者可能对这两个参数的理解存在偏差，导致对锌沉积过程的解释不准确。

对暴露晶面和电结晶取向的误解：

锌金属的电结晶过程受到暴露晶面和电结晶取向的影响，但研究者可能误将电结晶取向（ECO）与暴露晶面（ECF）混淆，从而影响对锌沉积形貌和性能的理解。

对XRD和SEM观测结果的随机性认识不足：

X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）是常用的表征手段，但它们的观测结果可能受到样品制备、测试条件等多种因素的影响，具有一定的随机性。研究者需要认识到这一点，并在数据分析时加以考虑。

对锌金属负极界面保护层沉积动力学模型的缺乏：

锌金属负极在充放电过程中会形成界面保护层，这一层的沉积动力学模型对于理解锌负极的稳定性和性能十分重要。然而，目前对于这一模型的认识尚不深入。

极化曲线在析氢腐蚀中的混乱应用：

极化曲线是评估电极反应动力学的重要工具，但在析氢腐蚀的背景下，其应用可能变得复杂且易于混淆。研究者需要准确理解极化曲线与析氢反应之间的关系。

对典型副产物ZHS（Zn4(OH)6SO4·xH2O）作用的认识不足：

ZHS是锌金属负极在充放电过程中产生的一种典型副产物，其对于锌负极的性能和稳定性具有重要影响。然而，目前对于ZHS的具体作用机制尚不清楚。

关键点

重新认识成核过电势和生长过电势：

通过实验和理论计算，准确测定成核过电势和生长过电势的值，并深入理解它们对锌沉积过程的影响。

纠正对暴露晶面和电结晶取向的误解：

通过表征手段，如透射电子显微镜（TEM）和高分辨XRD，准确区分暴露晶面和电结晶取向，并研究它们对锌沉积形貌和性能的影响。

揭露XRD和SEM观测的随机性：

通过多次重复实验和数据分析，揭示XRD和SEM观测结果的随机性，并建立更加可靠的表征方法。

明晰锌金属负极界面保护层的沉积动力学模型：

通过原位表征技术，如原位XRD和原位SEM，研究锌金属负极界面保护层的沉积动力学过程，并建立相应的模型。

澄清极化曲线在析氢腐蚀中的应用：

通过电化学测试和分析，准确理解极化曲线在析氢腐蚀背景下的应用，并建立相应的评估方法。

认识典型副产物ZHS的作用：

通过实验和理论计算，深入研究ZHS对锌负极性能和稳定性的影响，并探索利用ZHS改善锌负极性能的可能性。

此外，水系锌离子电池中锌金属负极研究的关键点还包括：

揭示Zn/Cu和Zn/Zn电池在电池组装中的工程学技巧：

研究不同电池组装方法对锌负极性能和稳定性的影响，探索优化电池组装工艺的方法。

揭露光学显微镜在探究锌沉积/剥离均一性中的局限性：

认识光学显微镜在表征锌沉积/剥离均一性方面的不足，并探索表征技术。

建立定向的监测界面动态演化的原位表征范式：

发展原位表征技术，如原位拉曼光谱、原位红外光谱等，实时监测锌金属负极界面的动态演化过程，为深入理解锌负极的性能和稳定性提供有力支持。

水系锌离子电池中锌金属负极的研究涉及多个复杂过程和因素，需要研究者深入理解相关机理和现象，并不断探索新的表征方法和改性策略以提高锌负极的性能和稳定性。