背景介绍
文章亮点
1. 系统梳理了稀土材料在水系锌电池电极、电解液等各部分的应用，从多种角度探讨其对电池性能的影响；
2. 列举大量实验数据，对比稀土掺杂前后电池性能变化，用数据直观呈现稀土材料对电池性能的提升作用，使研究结论更具说服力；
3. 不仅阐述了稀土材料应用的优势，还正视其面临的成本、回收等问题，并提出相应解决策略，客观分析未来发展前景，为后续研究指明方向，具有重要参考价值。
内容介绍
1 稀土材料在锌电池中的应用
1.1 稀土材料在锌电池正极中的应用
目前，水系锌电池常用的主要正极材料包括普鲁士蓝类似物[17]，其结构稳定、反应速度快，但理论容量低、导电性差；导电聚合物[18]具有高导电率且易于制备，但其电化学性能受到充放电过程中材料结构不稳定的影响；钒基材料[19]具有开放的层状结构，有利于充放电过程中锌离子的嵌入和脱出。但其电压范围窄、导电性差；锰基材料[20]具有较高的成本效益和理论容量，但其结构不稳定，在长时间循环后容易崩溃[21]。
1.1.1 钒基氧化物
钒氧化物具有丰富的氧化态、较多的晶体结构和较大的开放框架，与其他正极材料相比有更高的比容量、更好的倍率性能与循环性能[22]，因而被广泛的作为水系锌电池正极材料。
Xu等[34]通过简单的水热法（图3a）制备了具有稳定隧道结构、高容量和长循环寿命优点的LaVO4（LVO）。图3b展示了LVO的SEM扫描图像，显示出清晰的一维纳米棒形态，这些纳米棒适度分散，形成一种鸟巢图案的网格，提供较多活性位点。图3c为LVO的EDS图像，表明La、O、V这3种元素均匀分布。利用钒元素多氧化态、多活性位点的特点，电池在1A/g电流下保持325 mA h/g的高容量，循环100次不出现容量衰减，并具有超长的循环寿命。图3d给出了5A/g的长循环性能，在循环6500次后容量保持率为93.5%。鉴于LVO的优点，通过普通真空过滤制备了柔性LVO/CNT薄膜，并组装了准固态Zn//LVO/CNT电池。柔性电池也呈现出符合预期的良好性能。
1.1.2 锰基氧化物
Eu元素具有良好的导电性和稳定的化学性质，适合作为MnO2的改性材料。2024年，Han等[49]的工作将稀土元素Eu掺杂到β-MnO2（命名为20EM）中作为AZIB的正极材料。图4a显示了XPS的全谱，其中包括碳(284.8 eV)、锰(641和654 eV)和氧(532.5 eV)元素。与β-MnO2相比，20EM中有1个Eu3d（1136 eV）峰，这表明Eu元素成功掺杂到β-MnO2中。
1.2 稀土材料在锌电池电解质中的应用
1.3 稀土材料在锌电池负极中的应用
2 总结与展望
本文主要叙述了稀土对水系锌电池正、负极的改性以及对电解质的优化策略。在正极中，稀土元素常以掺杂的方式引入。较大的离子半径可以扩大正极材料的层间距，削弱了Zn2+与晶格结构之间的静电相互作用进而加快Zn2+的嵌入/脱出。此外，稀土离子的引入还可以缩短键长抑制正极溶解。对于负极改性，已报道的研究工作主要将稀土基材料涂覆在锌负极表面形成保护层，以此抑制锌枝晶的生长提高电池循环稳定性。在电解质中常将RE3+作为添加剂引入，这可以有效改变Zn2+溶剂鞘结构，从而改变Zn2+在金属锌表面的脱溶剂过程，诱导锌离子均匀沉积，消除Zn2+引起的副反应。
青年编委介绍
魏航，内蒙古大学化学化工学院副教授，硕士生导师。长期致力于无机纳米材料的合成及其在能源、环境领域的应用研究。主持和完成国家自然科学基金、内蒙古自然科学基金等多项科研项目，在Nano Res., Scr. Mater., NPG Asia Mater., ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊发表SCI论文20余篇，授权国家发明专利2项。
主要研究方向
材料化学、电化学，涉及二次电池、电催化领域
近五年代表作
1.Jinchang Wang, Jingsong Peng, Weifeng Huang, Hanqin Liang, Yida Hao, Jiefei Li, Haibin Chu, Hang Wei*, Yuanyuan Zhang*, and Jian Liu*. Enabling Stable Zn Anode with PVDF/CNTs Nanocomposites Protective Layer Toward High-Performance Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Functional Materials, 2024: 2316083.
2.Weifeng Huang, Maoqi Cao, Haili Mao, Li An, Zhongjun Chen*, Wei Xu*, Xiang Li*, and Hang Wei*，Temperature-Tunable Operando Nondestructive Detection of Electronic and Geometrical Structures in Battery Electrodes. Analytical Chemistry, 2024, 96(3): 1178-1184.
3.Kunhong Jiang, Zhenyu Li, Ying Yu, Jiefei Li, Zhuoyuan Ma, Hang Wei*, Haibin Chu*, SOx-modified porous carbon as a highly active electrocatalyst for efficient H2O2generation. Chemical Communications, 2023, 59(68): 10271-10274.
4.Hanqin Lianga, Bo Hai, Yuan Wang, Kuangyu Han, Ning Miao, Jinchang Wang, Yulian Pang, Hang Wei*, Zhiming Shi, Haibin Chu*, Yingquan Zou*, Designing layered V2O3@C with stable oxygen defects via UV-curing technology for high‑performance Zn-ion hybrid supercapacitors, Applied Surface Science, 2023, 622, 156951.
5.Ning Miao, Bo Hai, Shanfeng Wang*, Jun Ni, Xiang Li, Hang Wei*, Kai Zhang*, Xiaolong Wang, and Weifeng Huang, An in-situ X-ray computed tomography imaging apparatus with stack pressures for rechargeable batteries, Scripta Materialia, 2023, 229, 115381.
