前言：

"国际能源格局正在发生重大变革，能源系统从化石能源绝对主导向低碳多能融合方向转变的趋势已经不可逆转，世界各主要经济体都将风能和太阳能等可再生能源的大规模利用列入能源革命的重大战略问题。以可充电池为代表的电化学储能技术不受地理环境限制，可以对风能和太阳能等转化的电能直接进行高效存储和释放，是建立“安全、经济、高效、低碳、共享”能源体系的关键环节，也是践行和落实能源革命战略的必由之路。同时，可充电池也是手机、笔记本电脑等移动终端的主要动力源，正逐步成为电动汽车用动力电池的理想之选。锂离子电池是目前市场上占主导地位的可充电池。然而，锂离子电池存在资源短缺、成本高、安全性差等多种问题，极大促进了人们对后锂电技术的期盼与研发。

金属锌氧化还原电位低，能量密度高，资源丰富，成本低，环境友好，与水兼容，易于制备组装，在电池安全方面具有极大优势。可充锌基电池是未来锂离子电池的理想替代，被认为是新兴电化学储能技术中最具应用前景的电池之一。有些类型的可充锌基电池虽然已经商业化，但仍存在一系列科学和技术上的问题需要解决，有些类型尚处于研究开发阶段。可充锌基电池的诱人前景，使得近年来新的研究成果层出不穷，相关技术发展突飞猛进。本书荟萃了国内外众多学者多年的心血，体现了可充锌基电池原理及电极、电解液和隔膜等关键材料的新发展，也是该领域最新科研成果的集中体现。

笔者多年从事锌-空气电池、锌杂化电池、锌离子电池等高能电池及其关键材料和电催化等领域研究与开发工作，取得了一些研究成果，积累了一定经验和资料，以此为基础，并结合相关领域的研究进展编写成本书。对收入本书的相关文献资料的作者表示衷心感谢！同时，由于篇幅有限，未能将全部文献一一列出而深表歉意。感谢广东石油化工学院高层次人才科研启动金对本书出版的资助，同时特别感谢化学工业出版社相关编辑在本书编写及出版过程中所给予的帮助和支持！

由于可充锌基电池原理与材料的科学研究仍处于迅猛发展阶段，是目前最前沿研究领域之一，新概念、新知识、新原理和新材料不断涌现，加之笔者的水平和经验有限，书中难免有不妥之处，敬请同行专家学者与广大读者批评指正。

编著者      

2023年6月

目录：

"第1章 锌基电池概论 001

1.1 锌基电池的发展历史 001

1.2 锌基电池的种类 003

1.3 锌基电池的组成 004

1.3.1 电极 004

1.3.2 电解质 005

1.3.3 隔膜 006

1.3.4 外壳 006

1.4 锌基电池的主要性能 007

1.4.1 电动势 007

1.4.2 电压 009

1.4.3 电池容量 012

1.4.4 内阻 015

1.4.5 能量与比能量 016

1.4.6 功率与比功率 017

1.4.7 寿命 018

1.4.8 荷电状态 018

1.4.9 贮存性能与自放电 019

参考文献 020

第2章 可充碱性锌-锰电池 021

2.1 概述 021

2.1.1 锌-锰电池的发展 022

2.1.2 可充碱性锌-锰电池现状 023

2.1.3 可充碱性锌-锰电池的结构及工作原理 024

2.2 MnO2正极 026

2.2.1 MnO2正极材料 026

2.2.2 MnO2放电机制 028

2.2.3 MnO2的可充电性 031

2.2.4 MnO2正极的改进 032

2.3 锌负极 036

2.3.1 锌负极材料 036

2.3.2 锌负极上的电极反应 037

2.3.3 锌负极存在的问题 038

2.3.4 锌负极性能的改进 043

2.4 电解液 047

2.4.1 电解液的组成 047

2.4.2 电解液性能优化 048

2.5 隔膜 051

2.6 RAM电池的种类及制造工艺 053

2.6.1 RAM电池的种类及性能 053

2.6.2 RAM电池的制造工艺 055

参考文献 057

第3章 可充锌-镍电池 060

3.1 概述 060

3.1.1 锌-镍电池的发展概况 060

3.1.2 锌-镍电池的工作原理 062

3.2 氢氧化镍正极 063

3.2.1 氢氧化镍材料的结构 063

3.2.2 氢氧化镍的氧化还原反应机理 065

3.2.3 氢氧化镍氧化还原过程及晶型转换 068

3.2.4 氢氧化镍电极结构 069

3.3 镍基电极的电化学性能改进 072

3.3.1 组成设计 072

3.3.2 形貌设计 079

3.3.3 结构设计 080

3.3.4 其它镍基正极材料 084

3.4 锌负极 090

3.4.1 锌负极材料及电极反应 090

3.4.2 锌负极存在的问题 090

3.4.3 锌负极的改进 091

3.5 电解液 105

3.5.1 电解液的组成 105

3.5.2 电解液性能优化 106

3.5.3 碱性固体聚合物电解质 109

3.6 隔膜 112

参考文献 114

第4章 可充锌-空气电池 118

4.1 锌-空气电池概述 118

4.1.1 锌-空气电池发展历史 119

4.1.2 锌-空气电池的结构与工作原理 121

4.1.3 锌-空气电池的特点 123

4.1.4 锌-空气电池的种类 124

4.1.5 锌-空气电池的配置 125

4.2 双功能空气电极 128

4.2.1 空气电极的结构 128

4.2.2 空气电极上的氧电反应机理 131

4.3 空气电极的催化剂及改进 135

4.3.1 贵金属基催化剂 136

4.3.2 过渡金属氧化物催化剂 138

4.3.3 其它过渡金属化合物 145

4.3.4 碳基无金属催化剂 146

4.3.5 碳-过渡金属复合材料 152

4.4 锌负极 163

4.4.1 锌负极材料 163

4.4.2 锌负极存在的问题 163

4.4.3 锌负极的改进 164

4.5 电解液 169

4.5.1 水溶液电解质 170

4.5.2 非水溶液电解质 174

4.6 隔膜 178

4.6.1 多孔膜 179

4.6.2 离子交换膜 182

4.6.3 Zn枝晶生长抑制膜 183

参考文献 184

第5章 水系锌离子电池 189

5.1 概述 189

5.1.1 水系锌离子电池的发展概况 189

5.1.2 水系锌离子电池的特点与挑战 190

5.2 水系锌离子电池的储能机理 192

5.2.1 Zn2+的嵌入/脱出机制 192

5.2.2 Zn2+/H+（或H2O）共嵌入/脱出机制 194

5.2.3 化学转化反应机制 195

5.2.4 溶解/沉积机制 196

5.2.5 有机配位反应机制 197

5.3 水系锌离子电池的正极材料 198

5.3.1 锰基化合物正极材料 198

5.3.2 钒基化合物正极材料 209

5.3.3 普鲁士蓝类似物正极材料 223

5.3.4 有机化合物正极材料 227

5.3.5 层状过渡金属硫化物正极材料 232

5.3.6 代表性正极材料总结 235

5.4 锌负极 236

5.4.1 锌沉积/溶解的热力学与动力学机理 236

5.4.2 锌阳极的优化设计 238

5.5 电解液 246

5.5.1 AZIBs电解液的种类 247

5.5.2 AZIBs电解液的优化策略 248

5.6 隔膜 255

参考文献 257