近年来，锌溴电池因其相对低成本和更安全的特性而备受关注，被认为是相对廉价且更为安全的选择之一。有潜力在某些应用领域替代具有燃爆风险的锂离子电池。在水系电解质中，锌金属表现出相对较高的稳定性，因此锌溴电池有较高的安全性和生产便利。然而，锌金属阳极依然面临诸多挑战，包括锌枝晶生长、锌溶解、来自阴极的含溴物质的腐蚀，进而引发自放电和性能快速衰减的问题。此外，溴（Br）在阴极上需要经历相对缓慢的氧化还原反应，引发了多个问题，如反应速率下降、高腐蚀性的含溴物质对电池隔膜的腐蚀以及某些含溴物质的高挥发性引起电池内部压力升高。这些问题在无法提供额外/新鲜反应物质的静态锌溴电池中变得更加严重。
近日，悉尼大学陈元教授课题组在 Advanced Science 上发表题为“Zinc–Bromine Batteries: Challenges, Prospective Solutions, and Future”的综述文章。该综述以深入的科学视角探讨了锌溴电池的历史发展，总结了当前在应对各种挑战的最新研究进展，并针对性地提出了未来研究的方向。
要点一：锌溴电池的研究现状与商业
本篇综述总结了锌溴电池相关的专利。与过去的专利中，早期的锌溴电池设计主要聚焦于锌溴液流电池，探讨阳极和阴极与电解贮槽的连接。一项 1974 年的专利采用溴化锌（ZnBr2）电解质和非反应性添加剂，实现了相对稳定的锌溴电池。其他专利则尝试了不同的电池配置，例如利用碳布作为锌阳极的承载体。此外，专利中也有关注用于稳定锌金属阳极、溴阴极和电解液的策略，包括提升锌电极制备方法、改善循环寿命和储存电荷容量。一些专利涉及改进溴阴极的结构设计或化学成分，如使用钛笼稳定碳材料在阴极中的专利。最近的专利则更多关注于非流动锌溴电池，涉及卤素固定剂和离子液体制成的凝胶电解质。
要点二：关键的技术挑战
本综述详细总结了锌溴电池中阳极、阴极、电解质以及电极/电解质界面所面临的关键技术挑战。
要点三：实现高性能锌溴电池的策略
近年来的研究工作在提升锌溴电池性能方面取得了巨大进展。研究内容涵盖锌溴电池的所有组成部分，具体内容包括以下几个方面：（1）改善阳极以实现均匀的锌沉积/剥离；（2）改进阴极以提高其对溴氧化还原反应的催化活性和对含溴物质的捕获能力；（3）优化电解质的组成；（4）调节电极与电解液的界面；（5）提高隔膜稳定性与防止 Br 物种的穿透。
要点四：总结与前瞻
锌溴电池因其不依赖稀缺元素、安全性和高能量密度等特点备受关注。锌溴液流电池在 1970 年代和 1980 年代就有不少专利，但由于需要外接泵循环电解液，限制了其应用范围。近期，静态锌溴电池消除了外接泵的需求，使其更能适用于便携设备到大型电网等多个领域。然而，锌溴电池目前仍然面临诸多挑战，主要集中在锌溴液流电池的锌阳极的稳定性和静态锌溴电池的电解液稳定性等方面。
在锌溴液流电池中，锌阳极的不均匀沉积导致锌枝状生长、锌溶解和氢气生成，从而降低电池性能。为此，研究重点包括改进锌阳极宿主材料、防止枝状生长、提高电极和电解液的相容性。静态锌溴电池的挑战主要来自反复充放电过程中电解液的耗尽和气体堆积。研究方向包括改善电极结构和成分，使用溴络合剂、电解液添加剂等。
综述提出了几个锌溴电池的未来研究方向。首先，功能性碳基阴极的设计，以提高电荷转移速率和电池能效。其次，稳定的锌阳极的开发，尤其是在强酸性条件下，以延长电池循环寿命。适当的电解液添加剂是提高电解液稳定性的关键。同时，固态或凝胶电解质的研究有望解决液态电解质的问题，进而实现减少 Br2 穿透隔膜并提供更广泛的电压窗口。最后，高离子选择性的稳健膜对于防止 Br2 的穿透也至关重要。
