高性能碱性二次电池电极材料理性设计最新研究进展

碱性二次电池（ARBs）除了具有成本低、安全性好、毒性低、环境友好等优点，也具有比ARABs更高的理论能量密度的优点。为了提高碱性储能系统的电化学性能，即储能系统的能量密度、功率密度、循环寿命、高倍率性能等，人们进行了大量的尝试，并探索了适合碱性电池的新型电极材料。许多报告已经认识到，这些系统的电化学性能在很大程度上取决于电极材料的固有相特性以及结构和表面特性。在此之前，一些研究人员综述和总结了与可充电碱性能量储存系统相关的工作。但是这些综述集中在碱性电池的各个具体方面，但还没有对碱性可充电储能系统的最新进展进行全面及时的综述和总结。因此，本文对电极材料的合理设计及碱性电池的最新进展进行较全面的综述和总结。该文章发表在国际顶级期刊Adv.Func.Mater.上，第一作者黄孟。

【图文详情】

1.碱性电池化学原理与分类

1）碱性电池化学

与ARABs相比，ARBs具有更高的能量密度和功率密度，可以填补锂离子电池与超级电容器（SCs）之间的空白。LIBs在水系和非水系电解质中锂离子嵌入/脱出和转化的电化学行为起电荷转移作用，在碱性电解质中ARBs重要是H+嵌入/脱出和转化机制主导电解质和电解质之间的电荷转移。虽然ARBs与赝电容SCs发生了相同的法拉第反应机理，但前者电极材料表面和本体电极材料都参与了碱性电池的反应，这与LIBs中的反应类似，但赝电容SCs只涉及活性材料的表面/近表面反应。反映在循环伏安法（CV）和恒电流充放电中，ARBs的电化学过程中出现了强法拉第氧化还原峰和明显的电压平台，与SCs的近矩形曲线和线性电压曲线不同。

2）碱性电池分类

以正极材料为基础分类，碱性电池重要有锰基、镍基和钴基碱性电池。

锰基碱性电池：由于二氧化锰氧化还原电位较低，这种正极通常与锌负极配对，其工作原理可以简化为：

正极：MnO2+H2O+e-←→MnOOH+OH-，H+嵌入/脱出（4）

负极：Zn+4OH-←→[Zn(OH)4]2-+2e-，溶解/沉淀过程（5）

全电池：2MnO2+Zn+2H2O+2OH-←→[Zn(OH)4]2-+2MnOOH（6）

镍基碱性电池：镍基碱性电池包括镍-锌、镍-铁、镍-钴、镍-铋、镍-镉和镍-金属氢化物电池。

镍-锌电池具有高能量/功率密度、~1.75V的高放电电压、理论比容量372Whkg-1和低成本。镍基正极通常经历以下电化学反应：

NiOOH+H2O+e-←→Ni(OH)2+OH-，H+嵌入/脱出（8）

因此，镍-锌碱性电池的全反应方程式如下：

2NiOH+Zn+2H2O+2OH-←→[Zn(OH)4]2-+2Ni(OH)2（9）

钴基碱性电池：通常由Co3O4正极和锌负极组成，根据Co3O4正极和锌负极的质量，钴-锌碱性电池具有516Whkg-1的高能量密度和1.78V的工作电压。Co3O4正极可通过两步反应转化为CoO2：

转化：Co3O4+OH-+H2O←→3COOOH+e-（20）

H+嵌入/脱出：CoOOH+OH-←→CoO2+H2O+e-（21）

全电池反应可描述如下：

2[Zn(OH)4]2-+CO3O4←→3CoO2+2Zn+2H2O+4OH-

2正极材料设计

2.1电化学调控

2.1.1锰基正极材料

Hertzberg等人合成了Bi2O3/β-MnO2复合（MBDB）正极材料，在混合KOH/LiOH（1:3）电解质中测试时，因为阻止了ZnMn2O4的形成，该材料释放出360mAh/g的容量，并显示出优异的循环稳定性。

图1.a)MnO2正极材料的反应机制。b)MBDB在1MKOH+3MLiOH的循环性能.c)MBDB在1MKOH+3MLiOH电解液中循环的原位EDXRD研究.d)MBDB在1MKOH+3MLiOH电解液中可能的相转变过程。

为了实现MnO2正极的两电子容量，Yadav等人设计了一种新型的嵌有Cu2+的Bi-Binessite正极，通过抑制形成Mn3O4的电化学途径，使其释放出617mAh/g的理论容量，并进行>6000次可逆循环。

图2.没有a)和有b)Cu2+的Bi-δ-MnO2正极恒电流充放电曲线.c)不同质量分数的MnO2的Cu2+嵌入Bi-δ-MnO2正极材料的循环性能图。d–f)Cu2+嵌入Bi-δ-MnO2正极材料再生过程中的电化学反应过程.

2.1.2镍基正极材料

为了获得α-Ni(OH)2/γ-Ni(OH)2氧化还原对的高理论容量，除了保证此氧化还原对的电化学途径外，还应考虑α-Ni(OH)2的稳定性以避免副反应。龚等报道了一种用于Ni-Zn碱性电池的新型NiCoAl-LDH和碳纳米管（NiCoAl-LDH/CNT）复合正极材料。Al和Co共掺杂α-Ni(OH)2正极具有354mAh/g的高容量，在66.7A/g下的2000次循环中具有良好的稳定性。

图3.a)NiAlCo-LDH/CNT的TEM图。b)NiAlCo-LDH/CNT,a-Ni(OH)2/CNT,NiAl-LDH/CNT和Ni(OH)2/CNT的XRD图谱。c)40mV/s的CV曲线。d)恒流放电曲线。e)不同放电电流密度下的放电容量。f)容量循环保持率。

2.2结构设计

采用Ni-NiO异质结构纳米片作为正极，也可以解决镍基正极的不可逆性问题。扫描电镜和透射电镜图像显示，Ni-NiO-3样品由NiO基体和嵌入的金属镍纳米粒子组成，呈现出粗糙多孔的纳米片形貌（图4d）。四个Ni-NiO异质结构纳米片样品，尤其是样品3，在不同电流密度下比纯NiO（图4e）显示出更长更平坦的放电平台（图4f）。在电流密度为3.7A/g时，Ni-NiO-3电极材料的容量高达5.78mAh/cm2，而纯NiO电极的容量为1.62mAh/cm2。在电流密度为18.5A/g循环10000次之后，Ni-NiO-3显示出98.9%的容量保持率（图4f）。

许等设计了一种生长在Ni纳米线阵列（NNA）上的Co掺杂Ni(OH)2（CNH）正极材料（图5c）。在电流密度为5到10、15和30A/g的情况下，NNA@CNH电极的平均放电容量分别为346、304、242和158mAh/g，而NNA@Ni(OH)2的平均放电容量分别为272、189、150和99mAh/g（图5d）。在4mg/cm2的最大质量负载下，NNA@CNH电极的面积容量几乎线性增大到约1mAh/cm2（图5e）。当在30A/g下进行5000次循环评时，NNA@CNH保留了90%的容量，显示出优越的循环性能，而NNA@Ni(OH)2仅保留62.1%的容量（图5f）。这些三维结构设计供应了更多的活性位点和稳定的结构，实现了电极材料的优良循环性和高可逆性。

图4.d)Ni–NiO-3样品SEM图。e)3.7A/g电流密度下NiO和Ni–NiO-X电极材料的放电曲线。f)NiO和Ni–NiO-X电极材料的体积容量随电流密度的变化。

图5.a)SANF电极材料的TEM图。b)SANF电极材料的恒流放电曲线.c)NNA@CNH纳米结构的SEM图，插图是TEM图。d)NNA@CNH-1和NNA@Ni(OH)2电极材料的倍率性能图。e)NNA@CNH-1电极材料的质量和面积容量随质量负载量的变化。f)NNA@CNH-1和NNA@Ni(OH)2电极材料的循环性能测试。

最近，我们的课题组报导了一种在碳布上生长的树枝状Co(CO3)0.5(OH)x·0.11H2O@CoMoO4（CC-CCH@CMO）正极材料（图6a）。CC-CCH@CMO正极材料的CV曲线具有两对氧化还原峰，即使在50mV/s下也显示出完整的还原峰（图6b）。在电流密度为1mA/cm2（0.36A/g）的情况下，电极可释放0.72mAh/cm2（260.2mAh/g）的面积容量（图6c），并且即使在电流密度为64mA/cm2（图6d）的情况下，它也具有67.6%的高容量保持率。

图6.a)CC–CCH@CMO的HRTEM图。CC–CCH@CMO的b)CV和c)充放电曲线。d)CC–CCH@CMO不同电流密度下的面积容量。e)NiCo2S4@NiCo2S4异质纳米结构的HRTEM图。f)NiCo2S4@NiCo2S4,NiCo2O4@NiCo2O4异质纳米结构和NiCo2O4纳米棒阵列在不容电流密度下容量比较。g)多孔NiCo2S4@NiCo2S4纳米结构的电子和离子传输示意图。h)NiCo2O4@NiCo2O4异质纳米结构在60mA/cm2电流密度下的循环性能和库伦效率图。插图是10000次循环后的充放电曲线。

2.3表面改性

在一个新的研究报告中，Zeng等人同时引入了氧空位和磷酸离子以提升NiCo2O4正极材料的容量和倍率性能。低温电子顺磁共振测试磷化处理后的P-NiCo2O4-x，其g值为2.27的强信号峰，证明Co2+的生成（图7a）。引入的氧空位和表面磷酸离子对NiCo2O4的表面活性和反应动力学起到了重要提升重要。在3000次循环中，P-NiCo2O4-x电极也具有很高的循环稳定性（图7f）。

图7.a)NiCo2O4和P–NiCo2O4-x低温电子顺磁共振图谱。b)O1s的XPS图谱。c)NiCo2O4和P–NiCo2O4_{-x电极材料的奈奎斯特图。d)P–NiCo2O4-x-X电极材料在不同电流密度下的比容量。e)NiCo2O4和P–NiCo2O4-x电极材料3000次循环性能。}

3负极材料设计

3.1基于转换机制的负极

3.1.1铁基材料

最近，郭等人提出了一种利用石墨碳包裹的超小氧化铁纳米晶体（mc-FeOx/C）的负极材料。所制备的mc-FeOx/C在2A/g下显示出370.2mAh/g的高容量，1000次循环后保持93.5%（图8b），以及良好的倍率性能和能量密度（图8c）。相比之下，传统的FeOx/C复合材料的容量保持率仅为61.2%。另一个工作中，为了理论容量的高度利用，设计了一种强耦合纳米铁/碳纳米管负极材料。由于保证了快速和高效的电子传输，因此在电流密度为200mA/g的情况下，其放电容量为800mAh/g。然而，由于活性材料的溶解/再沉淀，100次循环后容量下降到423mAh/g（图8d）。这种材料的稳定性可以通过添加剂和提高放电截止电压来增强，但是这种变化导致了放电容量的降低，但是确保了电极3500次稳定循环，1C倍率和100%DOD下的平均库仑效率超过97%（图8e）。

图8.a)mc-FeOx/C的HRTEM图。b)mc-FeOx/C的循环稳定性测试。c)不同电流密度下的容量-电流密度图。d)Fe/MWCNT纳米复合材料的放电曲线。e)1C和100%DOD下烧结铁电极材料的循环测试。

3.1.2铋基材料

为了更好地解决铋基负极的循环问题并提高电化学性能，Zeng等人采用了结构设计策略，然后在200℃的温度下进行退火处理，以合成一种三维分层的Bi200纳米结构（图9a）。Bi200电极材料在4.5A/g下的比容量高达96.2mAh/g，在45A/g下的容量仍维持在90.5mAh/g（图9c）；在30A/g下进行10000次循环后，容量衰减小于4%（图9d）。

图9.Bi200样品的SEM图。b)Bi200样品的TEM图。c)Bi200样品的放电曲线。d)未处理的Bi和Bi200电极材料在30A/g电流密度下10000次循环性能和三个不同Bi200电极材料循环前后的容量保持率。P–Bi–C电极材料的e)SEM和f)HRTEM图。g)Bi–C和P–Bi–C电极材料在不同电流密度下面积容量和容量保持率。

结合三维结构设计，引入孔可以实现电极材料的更高容量和能量密度。最近，Zeng等人合成了一种3D多孔Bi纳米颗粒/碳复合材料（P-Bi-C），该P-Bi-C电极在6mA/cm2下的面积容量为2.11mAh/cm2（166.2mAh/g），即使在120mA/cm2的高电流密度下，也能供应56.5%的初始容量，远高于Bi-C电极（图9g）。

3.2基于溶解沉积机制的负极

Wu等人将锌枝晶的生长归因于同一锌片不同区域的不同化学反应速率（K(E)），可以表示为：

Zn(OH)42-+2e←→Zn+4OH-,K(E)=K0exp[-αneF(E0-E)/RT](30)

一般来说，正极上的局部电流密度不同于测试设备施加的输入电流，这与局部区域的形状有关，而电流密度的差异是锌枝晶形成的关键因素。由于电极表面非绝对平滑，不同的过电位η（E0-E）会导致同一锌正极不同区域的电流密度不同。为了保持一致的过电位并确保均匀的局部电流密度，研究人员通过在碳布纤维（Zn@CF）上电沉积Zn来制造一个柔性的Zn负极。这里，Zn@CF负极的电阻（R）与Zn板的电阻相似，因为碳布具有良好的导电性。然而，在锌碳纤维电极中，在电池的循环过程中，由于锌碳纤维电极比表面积大、导电率高，使得其η（即局部电流密度的差异）小于锌片，从而导致电化学氧化还原动力学更快，在充放电过程中，Zn/Zn2+氧化还原反应具有较好的可逆性。因此，与锌片相比，Zn@CF电极显示出更有效的离子和电子扩散及反应位点，以确保锌的均匀沉积（图10a-b）。结果表明，Zn@CF电极成功地抑制了Zn(OH)2和ZnO的形成，同时抑制了枝晶的形成，提高了Zn@CF电极的倍率性能。

图10.a)锌片和b)Zn@CF上锌支晶、Zn(OH)2和ZnO的形成机理示意图。c)传统锌粉和海绵状3DZn负极的比较示意图。d)Ni-3D锌电池充放电曲线。e-g)循环>100圈后海绵状3DZn负极的SEM图,测试条件：Ni–3DZn电池25mA/cm2放电到40%DODZn然后10mA/cm2充电。

Parker等人研究了海绵状3DZn高DOD的负极材料，如图10c所示，海绵状3DZn负极在反复循环后呈现无树枝状结构，这是由于重新设计的3DZn负极具有整体、多孔、非周期结构。海绵状3DZn可达到平均91%的DOD（743mAh/g），并且可从这些极端深度放电后充电恢复95%的容量（图10d）。循环后的海绵状3DZn在25mA/cm2下放电到40%DOD，在10mAcm-2下再充电的扫描电镜图像显示了均匀重组的表面，没有树枝状结构的迹象，并保持了良好的多孔性和互连性（图10e-g）。

3.3基于氢吸附-解吸机理的负极

Fu及其同事通过在脱氢过程中引入协同作用，设计含非吸氢元素的高储氢MH，展示了一种全新的策略。由均匀~100nm大小的六边形颗粒组成的Mg24Y5/Pd薄膜具有1502mAh/g的高可逆容量。图11c示意性说明了Mg24Y5/Pd膜的可逆氢化/脱氢过程。在第一步氢化过程中得到了YH2结构域和Mg结构域，Mg结构域被YH2结构域包围，形成了快速的H扩散，从而使Mg结构域在第二步氢化过程中发生完全反应。通过吉布斯自由能变化（DGodeH）和XRD结果验证，这种独特的两步脱氢过程可以用如下方程中描述：

第一步：YH3+OH-←→YH2+H2O+e-~0.17V（31）

第二步：24MgH2+5YH2+58OH-←→Mg24Y5+58H2+58e-~0.30V（32）

在第二步中，由于24MgH2和5YH2中的所有58H原子都具有相同的DGodeH，因此再生的是Mg24Y5金属间化合物而非金属Mg和Y，从而揭示了热力学协同作用。结合这种协同作用增强的脱附动力学，500个循环后初始~1523mAh/g容量可保留约82%。

图11.a)首圈充放电过程中的电压和光透过率同步曲线。b)Mg24Y5/Pd不同充放电状态下的XRD图谱。c)Mg24Y5/Pd充放电过程中的转变示意图。d)LL-系列和c-AB5合金在300mAg-1电流密度下的循环保持率。e)LL-系列和c-AB5合金的塔菲尔极化曲线。

4.全电池设计

4.1纽扣电池

通过用氢氧化钙夹层代替标准隔膜，并将锌的DOD降低至约8%，可以将以Cu2+插层的Bi-δ-MnO2作为正极的全电池寿命延长至900次，同时保证了二氧化锰第二电子容量81%的输出（图12a）。通过新增锌负极的DOD和二氧化锰的质量负载，这种电池化学体系的体积能量密度可以与用于电网存储应用的锂离子电池和铅-酸电池竞争（图12b）。

图12.a)有和没有Ca(OH)2夹层电池性能的比较。b)Cu2+嵌入Bi–MnO2//Zn能量密度的预测并与其他电池化学体系的比较。c)Ni–Fe全电池示意图。d)Ni(OH)2/MWNT//FeOx/Graphene两电极系统在不同扫数下的CV曲线。e)不同电流密度下的放电曲线。f)ultra-Ni-Fe电池的能量拉贡图。

Dai等人开发了一种由Ni(OH)2/MWNT和FeOx/石墨烯作为电极材料组成的ultra-Ni–Fe电池。基于活性材料总质量的容量密度达到了125-102mAh/g，相对应的放电/充电时间从~3min到~20s。全电池的最高能量密度为141Wh/kg，对应的功率密度为1.6kW/kg；当能量密度为105Wh/kg时，功率密度高达36kW/kg（图12f）。此外，在37A/g下循环800次后，可以保持80%的初始容量，而库仑效率接近100%。

Gong等报道了以Al和Co共掺杂稳定α-Ni(OH)2的NiAlCo-LDH为正极材料的超高容量镍-锌电池。在3.5-35.5A/g的不同电流密度下，镍-锌电池的工作电压约为1.7-1.8V（图13a）。此电池的最大能量密度和功率密度分别为324Wh/kg和40kW/kg（图13b）。在电流密度为14.2A/g的情况下循环600次后，可以保持初始容量的85%。Xu和同事分别以电沉积在Ni纳米线阵列上的Co掺杂Ni(OH)2和Zn分别为正极和负极，研制了一种超高速、大容量、长寿命的镍-锌电池。超高速镍-锌电池的电压约1.75V，能量密度为148.54Wh/kg（4.05Wh/L），功率为1.725kW/kg（充电时间<1min）。由于良好的电极设计，此电池循环5000次，只有12%的容量损失（图13c）。2017年，帕克和同事开发了可充电的Ni//3DZn电池，作为每4min工作循环的启动-停止电池，Ni-3DZn纽扣电池可以循环50000圈（图13d）。假如减少或淘汰LIBs电池组所需子系统，Ni-3DZn电池的重量和潜在成本显著降低。

图13.a)Ni–Zn电池不同电流密度下的恒电流曲线。b)Ni–Zn电池的拉贡图。c)NNA@Zn和Cu@Zn电池的循环性能。d)作为Ni–3DZn单电池长寿命启停测试。e)Ni–Bi电池在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。f)串联的Ni–Bi电池驱动的LED指示灯。g)在40mA/cm2电流密度下Ni–Bi电池5000次循环性能图。

Zeng等报道了一种采用三维多孔Bi/C结构负极的高能量、稳定的Ni-Bi电池，在电流密度为4mA/cm2的情况下，该电池的面积容量为1.79mAh/cm2，在120mA/cm2高倍率情况下，该电池的高可逆容量为0.79mAh/cm2（图13e）。在5000次长期循环中，该电池的容量保持率高达96%，放电/充电曲线几乎保持不变（图13g）。当体积功率密度为0.038W/cm3时，体积能量密度达到16.9mWh/cm3，最大体积功率密度为0.96W/cm3，相当于≈47s放电/充电。三个串联的镍-铋电池可以点亮70个白色LED或57个红色LED（图13f）。

5柔性碱性电池

1）Mn-Zn柔性电池

Gaikwad和同事展示了一种印刷碱性电池，作者使用模版印刷技术将含有油墨的电活性材料嵌入具有很高柔韧性的网状结构集流体。所构建的柔性锰-锌碱性电池的开路电压为1.52V，在0.5mA电流下的放电容量为5.6mAh/cm2。与平面状态相比，在3.81至0.95cm的弯曲半径条件下，印刷电池的电化学性能没有下降（图15a）。两个电池串联并弯曲至0.3cm仍然能够点亮一个LED（图15b）。

图15.a)印刷柔性电池弯曲到不同弯曲半径下的放电曲线。b)两个电池串联并弯曲至0.3cm点亮一个LED。c)半固态柔性Ni–NiO//Zn电池的示意图。d)半固态柔性Ni–NiO//Zn电池的SEM图。不同电流密度下半固态柔性Ni–NiO//Zn电池的e)放电曲线和f)循环性能。g)半固态柔性Ni–NiO//Zn电池的第一次和第10000次放电曲线。h)半固态柔性Ni–NiO//Zn电池不同弯曲状态的恒电流曲线。

2）镍-锌柔性电池

Zeng及其同事展示了一种以镍-氧化镍异质结构纳米片为正极的高可逆、柔性纤维状的镍-锌电池。使用锌纤维负极与镍-氧化镍纤维正极紧密缠绕组装准固态镍-氧化镍//锌电池（图15c，d），具有1.9V的高开路电压和1.7-1.8V的放电电压（图15e）。在3.7A/g高电流密度下（图15f）显示出116.1μAh/cm3的容量，在22.2A/g的电流密度下（图15g）10000次循环后显示出99.6%的高容量保持率。准固态光纤型镍-氧化镍//锌电池可以释放出20.2mW/cm2（0.22W/cm2）的高功率密度和6.6μWh/cm2（0.67mWh/cm3）的峰值能量密度。

3）镍-铁柔性电池

刘等人以石墨烯泡沫/CNT复合薄膜负载Ni(OH)2纳米片正极和多孔Fe2O3纳米棒负极设计和制备了一种新型柔性Ni-Fe电池。根据活性材料的总质量计算，柔性镍-铁电池可以供应100.7Wh/kg的高能密度和6.0kW/kg的峰值功率密度，当考虑到装置的总质量时，这些值分别为30.3Wh/kg和1.8kW/kg。此外，柔性镍-铁电池在1000次放电/充电循环后仍保持89.1%容量。

4）钴-锌柔性电池

以CC-ZnO-Zn为正极，以CC-CCH-CMO为负极，PVA-KOH凝胶为电解液（图17a）组装的一种可定制的、纤维状的柔性半固态Co-Zn电池，展现出优异的电化学性能。在25mA/cm3的电流密度下，纤维状电池的最大容量达到了3mAh/cm3（基于电池的整体体积），并表现出优异的循环性能。在250mA/cm3下循环1600次后，容量保持率为82%（图17b）。在125mA/cm3（图17c）电流密度下，柔性纤维形状电池在不同弯曲度下的容量变化微小，100次弯曲后的容量保持率为92.5%。通过串联或并联两个纤维状电池可以获得2-4V宽的电压窗口（图17d，e），而串联三个电池能够为智能手机充电（图17f）。

图16.a)纤维状的柔性半固态Co-Zn电池示意图。b)在250mA/cm3电流密度下的循环性能图。c)不同变形状态下的容量占比。e)串联和f)并联状态下的恒电流放电曲线。f)三个电池串联驱动智能手机。

5）镍-金属氢化物柔性电池

Ren等人以孔结构可控的新型柔性多孔镍泡沫（PNF）为基础，研制出了一种高性能的柔性镍-金属氢化物电池。采用两种工业可行的技术制备了超薄PNF，其孔径、密度和孔位分布得到了很好的控制。将β-Ni(OH)2糊料和MmNi4.05Co0.45Mn0.38Al0.30XΔ糊料压在PNF上制备了正极和负极电极。所制备的柔性固态镍-金属氢化物电池在0.2C倍率和0°-180°的不同弯曲角度下，放电曲线几乎重叠（图18d）。当弯曲至90°100次时，电池在5C下的放电容量与在平面状态下的放电容量相同，从而显示出优越的弯曲耐受性（图18e）。两个2×2cm2的电池串联成功地为数字温度计供电，一个组装好的容量为700mAh的10×10cm2的电池能够为电动剃须刀供电约25min（图18f）。此外，10×10cm2面积的串联两个电池在平面和弯曲条件下均能为包含77盏红灯（1.8V，20mA，5mm直径）的LED标志供电约1.5h。

【总结与展望】

随着绿色能源、大规模智能电网应用、电动汽车和便携式电子设备的发展，对储能电源的安全性、低成本、长寿命和高能量/功率密度提出了要求。虽然铅-酸电池和镍镉电池占据了全球电池市场的重要份额，但以用于电网稳定的大型装置的铅-酸电池为标准技术，存在着倍率性能差、循环寿命有限的本质缺陷，最重要的是铅和镉的毒性以及硫酸电解液都具有很大的环境危害潜力。此外，镍-镉电池还存在影响额定容量的记忆效应。由于对环境保护的要求越来越高，铅-酸电池和镍-镉电池很可能会被ARBs所取代。总之，电极设计的最新进展必将促进高性能ARBs的发展，拓宽其在实际应用中的应用。简化工艺技术的进一步发展，将使高性能ARBs的柔性储能装置应用在柔性/可穿戴器件中成为可能。