随着可移动电子器件、“物联网”以及新能源发电等产业的快速发展,人们对二次电池及其相关电极材料的MK-1775性能提出了更高的要求。与传统锂离子电池相比,水系锌离子电池(AZIB)具有安全性高、性价比优异、制造工艺简单等优点,使其有望成为下一代大规模电化学储能器件。近年来,人们致力于探索适用于AZIB的高性能电极材料,其中普鲁士蓝类似物正极材料由于其灵活可调的反应活性中心、较强的结构稳定性以及较低廉的成本等优势而备受关注。但是普鲁士蓝类似物正极材料在电池循环过程中普遍存在活性材料溶解和结构相变等问题,导致其较低的库伦效率和较快的容量衰减。与此同时,常规的金属锌负极存在枝晶生长、电化学腐蚀和副产物生成等问题,严重妨碍了水系锌离子电池的发展和商业化。因此,本论文针对普鲁士蓝基正极材料容量衰减快和金属锌负极稳定性差等问题,对AZIB的正、负极材料提出相应的改性方案,旨在开发出具有优异电化学性能的水系锌离子电池体系。具体研究内容如下:(1)通过共沉淀法制备了K_xFe_yMn_(1-y)[Fe(CN)_6]·z H_2O(y=0,0.5,1)正极材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征了样品的结构、形貌、元素组成及其价态差异。以K_xFe_yMn_(1-y)[Fe(CN)_6]·z H_2O作为正极,金属Zn作为负极,3 mol L~(-1)Zn(CF_3SO_3)_2水溶液作为电解液,构建了水系K_xFe_yMn_(1-y)[Fe(CN)_6]·z H_2O//Zn电池。其中K_xFe_yMn_(1-y)[Fe(CN)_6]·z H_2O(y=0.5)作为电极时电化学性能最为优异,在200 m A g~(-1)的电流密度下循环200圈之后的放电容量为70.3m A h g~(-1),容量保持率为97.1%。为了进一步确定反应机理,采用非原位XRD技术对K_xFe_yMn_(1-y)[Fe(CN)_6]_w正极在第一次循环过程中的结构演变进行了表征,阐明了电极中Zn~(2+)的存储机理。(2)首先通过共沉淀法合成了六氰合铁酸钒材料(VHCF),之后在不同温度下(400℃、500℃和600℃)对其进行煅烧,制备了由VO_2、KV_3O_8、Fe_2O_3和C共同组成的复合物正极材料。通过XRD、SEM和XPS对其进行了结构、形貌、元素组成以及物质占比的表征。以不同温度煅烧后的VHCF作为正极,金属Zn作为负极,3 mol L~(-1)Zn(CF_3SO_3)_2水溶液作为电解液,构建了水系锌离子电池,探究了不同温度煅烧对电池电化学性能的影响。结果表明,当煅烧温度为500℃时,其性能最好。在100 m A g~(-1)https://www.selleck.cn/products/dibutyryl-camp-bucladesine.html的电流密度下进行100次循环之后仍有111.3 m A h g~(-1)的容量,容量保持率为90.7%。并且测试结果显示,经过煅烧后产生的Fe_2O_3/C的矩阵抑制了钒的溶解,同时提高了材料的电导率,从而提高了电池的循环稳定性及倍率性能。(3)通过乙醛酸枝接的聚乙烯醇(PVA-GA)水凝胶涂层方法开发了高度稳定且无枝晶生长的金属Zn负极(PVA-GA@Zn)。通过XRD、SEM表征了制备出的PVA-GA@Zn负极表面具有均匀且致密的PVA-GA涂层。本实验以改性或未改性的金属锌片分别构建了Zn//Zn对称电池、Zn//Ti非对称电池以及Zn//KMn_(0.5)Fe_(0.5)FC全电池(电解液为3 mol L~(-1)Zn(CF_3SO_3)_2水溶液)。通过线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)和Zn沉积后的负极的SEM、XRD等测试对该水凝胶人工界面膜的保护机制进行了研究。结果表明,PVA-GA水凝胶涂层在锌负极侧具有抑制析氢反应和副产物产生的作用,使得锌负极实现更均匀的Zn成核和沉积。并且在对Zn//KMn_(0.5)Fe_(0.5)FC全电bioheat transfer池系统中进行测试时,PVA-GA@Zn负极在容量和循环稳定性方面也均表现出明显的优势。