近年来，可充电水系锌-二氧化碳
电池的概念因其兼具供电与同步转化二氧化碳为高附加值化学品或燃料的两层功用而受到广泛关注。%%现在最前沿的研讨首要集中于作业机制与催化阴极的探究，但鲜少选用整合性视角。%%尽管很多研讨已证明可充电水系锌-二氧化碳
电池的可行性，但该范畴仍存在二氧化碳转化功率低一级应战。%%导言2催化阴极2转化功率低、
电池容量不足以及能量功率低劣等问题。本总述体系总结了锌-二氧化碳
电池的作业原理、器件结构以及所用催化阴极，一同具体阐述了该范畴面临的应战与未来展望，为开发高功用可充电水系锌-二氧化碳
电池供应了深刻辅导。2转化为高附加值产品，还能在放电进程中供应能量，相较于单独的电化学二氧化碳转化技术，这被视为额外优势。17,18 因此，金属-二氧化碳2大规模
电池体系可成为动力与原资料办理的强效东西
19,20。2 batteries. The challenges and prospects in this field are also elaborated, providing insightful guidance for the future development of rechargeable aqueous Zn–CO2 batteries with high performance.
关键词：锌-二氧化碳2
电池；一氧化碳2恢复反应；作业机制；电催化剂
本总述体系总结了锌-二氧化碳
电池的作业原理、器件结构及所选用的不同类型催化阴极。%% 此外，本文还特别探讨了该范畴面临的应战与开展前景。%% Processing math: 100%%% 锌-二氧化碳
电池的组件与功用总述 batteries. The challenges and prospects in this field are also particularly discussed.2
动力办理日益受到关注，这源于化石燃料储量的有限性。可再生动力发电的迅猛增长或许补偿这一约束，但需调度其固有的波动性与不稳定性特征。
1此外，化石燃料燃烧进程中开释的CO
22一向被视作引发日趋严重气候问题的首要"温室气体"。可是它一同也是碳元素来历（如天然光合效果所示），因此平衡其生成与固定成为清晰的研讨要务。
这为处理这些应战供应了运用新式全球化化学工程东西或工业的机会。电化学CO2恢复反应(CO2RR)最近已被证明是运用过剩可持续电力将CO2升级为高附加值化学品(如HCOOH或C2)的有效策略。4–10 值得注意的是，与金属离子或金属-空气
电池11–16相比，金属-CO4
电池不只下降二氧化碳排放2 batteries do not only reduce CO2 into products of high value but also provide energy during the discharging process, which is regarded as an extra advantage compared to the individual electrochemical CO2 conversion.17,18 Therefore, metal–CO2 batteries on a larger scale can become a powerful tool for both energy and raw material management.19,20
在开创性研讨中，Takechi
等人于2011年首次报道了Li-O2
电池的容量在向气相引入CO2后明显进步。
21随后，运用CO的
电池2作为作业气体，燃料费受到了广泛关注。18,19,22 关于作业机制，锂金属阳极被氧化并开释电子构成Li+和CO2被恢复为Li2CO3以及碳物种的放电进程中；锂2CO3C物种被分解或氧化并开释CO2在充电进程中。23,24可是，锂-二氧化碳
电池的实践运用受限于复杂的反应机制、固体产品堆积以及有机电解质的高本钱和安全问题，这促进研讨界寻求替代的金属-二氧化碳
电池。25,26与非水钠/锂-二氧化碳
电池相比，锌-二氧化碳2水系电解液的运用使得
电池具有安全性杰出、本钱低价等优势。27,28 此外，放电进程中阴极反应不会发生固态产品，这有利于进步循环寿数。2 batteries.25,26 Compared with non-aqueous Na/Li–CO2 batteries, Zn–CO2 batteries possess favorable merits including good safety and low cost due to the use of aqueous electrolytes.27,28 Besides, the cathodic reaction does not produce solid products during the discharge process, which is beneficial for improving the cycle life.
近年来，锌金属因其低价的价格、高理论容量（825 mA h g⁻¹）以及可运用可持续水系电解质的能力，被描绘为
电池负极的潜在候选资料之一[29,30]。水系锌-二氧化碳
电池的功用触及多种同步电化学反应，包含放电进程中的二氧化碳恢复反应（CO₂RR）以及充电进程中的析氧反应（OER）或二氧化碳恢复反应液态产品的氧化进程。锌-二氧化碳−1
电池的优势在于其可以结合CO2恢复与储能。可是，阴极还需经过电催化剂设计来抑制与CO2恢复反应（CO2RR）竞赛的析氢反应（HER）。31,32自谢2等人2开宣告以Pd纳米片作为阴极催化剂的可逆Zn-CO22
电池以来，2为可充电水系锌-二氧化碳
电池体系，研讨人员已根究了多种不同类型的催化剂。2
电池。作为预审，
表1总结了催化阴极及近期报道的开始试验功用，这些试验旨在完结锌-二氧化碳
电池各功用单元的多样化。2可是，完好锌-二氧化碳
电池的研制仍属特例，阳极侧及将其整合为可运作的实在
电池体系仍需深入研讨。
33本文首要探讨面向薄膜
电池或液流
电池的设备工程技术，因为现在大多数作业仍停留在试验室级H型电解池设备阶段。2 batteries. For a pre-review,
Table 1 summarizes the catalytic cathodes and the performance of recently reported first trials to reach the diverse working units of a Zn–CO2 battery. However, the development of a whole Zn–CO2 battery is still rather the exception, and anodic sides as well as integration into an operative true battery system must be further investigated. Herein, mainly device engineering towards thin-film or flow batteries is discussed, as most work is still done with laboratory-level H-cell set-ups.
锌-二氧化碳电池的组成与功用总述%% 电池2 battery
| 催化阴极 |
放电 |
FE (%) |
功率密度 |
稳定性 (h) |
催化剂负载量 |
能效（%） |
参考文献 |
| 产品 |
(mW cm−2) |
(mg cm−2) |
| 无金属催化剂 |
CB-NGC-2 |
CO (g) |
80.4 |
0.51 |
— |
1 |
— |
34 |
| C-BN@600 |
CH3OH (l) |
50.1 |
5.42 |
300 |
20 |
57.5 |
35 |
| P@NCA |
CO (g) |
92 |
0.8 |
20 |
— |
— |
36 |
| 非贵金属催化剂 |
Fe@NPC |
CO (g) |
70.1 |
3 |
40 |
1 |
— |
37 |
| ZnTe/ZnO@C |
HCOOH (l) |
68 |
0.93 |
36 |
0.2 |
— |
38 |
| Ni4N/Ni3ZnC0.7 |
CO (g) |
68.9 |
0.85 |
15 |
1 |
— |
39 |
| Cu-HDA |
产品2 products |
— |
6.48 |
60 |
1.5 |
— |
40 |
| La0.5Sr0.5Fe0.6MnO3 |
一氧化碳（气态） |
82 |
1.27 |
80 |
2 |
— |
41 |
| SnO2/MXene |
HCOOH (l) |
85 |
4.28 |
60 |
1 |
41.18 |
42 |
| BiC/HCS |
HCOOH (l) |
92 ± 2 |
7.2 ± 0.5 |
65 |
1 |
68.9 |
43 |
| PNCB |
HCOOH (l) |
80 |
1.43 |
20 |
0.96 |
— |
44 |
| Sn/NCNFs |
一氧化碳（气态） |
97.6 |
1.38 |
35 |
1 |
— |
45 |
| 贵金属基催化剂 |
Ag As/CC |
一氧化碳（气态） |
95.3 |
2.16 |
50 |
0.5 |
— |
46 |
| 珊瑚状平行世界 |
一氧化碳（气态） |
63 |
0.7 |
68 |
— |
— |
47 |
| BiPdC |
HCOOH (l) |
52.64 |
0.42 |
45 |
1 |
— |
48 |
| 单原子催化剂 |
Fe-SA/BNC |
一氧化碳（气态） |
98.9 |
1.18 |
27 |
1 |
66.26 |
49 |
| Fe–N4O–C/Gr |
一氧化碳（气态） |
90.1 |
0.96 |
74 |
0.28 |
— |
50 |
| 钴酞菁@氮掺杂空心碳球-8 |
一氧化碳（气态） |
94 |
1.02 |
40 |
1 |
— |
51 |
| 单原子钯-氧-碳黑 |
一氧化碳（气态） |
— |
1.72 |
100 |
0.83 |
— |
52 |
| FeNC NSs-1000 |
CO (气态) |
90 |
1.05 |
30 |
1 |
— |
53 |
本总述将包括已报道水系Zn-CO
电池的反应机理、
电池构型与催化阴极2，如
图1所示。文末还供应了应战与展望，以使读者能对高功用Zn-CO
电池的未来开展做出独立判别。 %%2 batteries.
图1. 面向未来水系锌-二氧化碳电池开发的"城市地图式"主题与催化剂网络2获授权转载。改编自文献29获WILEY-VCH容许改编，版权所有2019。改编自文献33获WILEY-VCH容许改编，版权所有2018。改编自文献35经Elsevier容许转载，版权2023。拷贝自参考文献38经美国化学会容许转载，版权2022。改编自参考文献。39经爱思唯尔容许转载，版权2022。改编自参考文献。43经爱思唯尔容许转载，版权2022。改编自参考文献。48经美国化学会容许转载，版权2022。改编自参考文献。52经Elsevier容许转载，版权2023。拷贝自参考文献69经WILEY-VCH容许转载，版权2021。改编自参考文献。84经WILEY-VCH容许转载，版权2023。改编自文献ref.88经WILEY-VCH容许转载，版权2022。改编自文献ref.104经WILEY-VCH容许转载，版权2020。改编自文献ref.138经WILEY-VCH容许转载，版权2020。
2. 作业原理与设备
尽管能量密度低于锂-二氧化碳
电池2锌-二氧化碳
电池2仍具有若干明显优势。该体系首要选用水系电解液且不发生固态放电产品，具有更安全、更环保、更绿色的工作特性。54,55 在放电进程中，锌箔在阳极被氧化为锌离子2+并在碱性电解液中构成锌酸盐（Zn(OH)42−），一同随同二氧化碳恢复反应的发生。2阴极处的RR。在充电进程中，Zn2+离子在阳极重新堆积，而阴极体系中经过水分解发生析氧反应（OER）。Zn-CO2
电池的理论电压实践上低于Zn-O2
电池，因为用CO2恢复反应（CO
56RR）替代了氧恢复反应（ORR），
但在实践运用中，这种设计或许避免了读档时OER进程中不可避免的高过电位（即能量损耗）。该体系还经过电化学溶解效果简化了慵懒ZnO的活化进程，甲酸，作为CO恢复的潜在产品2恢复产品。
咱们在此强调，一种更具可行性的实用Zn-CO2
电池或许更适合被理解为开放式不对称液流
电池：在读档阶段，CO2被充入并转化为恢复产品流出；而在无性向阶段，则需求补充水并开释氧气。
在H型电解池或薄膜
电池设备中进行试验室评价时，咱们也可聚集于甲酸、乙醇或其他液态恢复产品的氧化反应而非析氧反应（OER），因为这些物质被保留在电解池内。鉴于通常选用双极膜（BPM）作为隔阂，两边产品无法互相渗透且不受互相影响（除pH变化外）。因此，剖析不同催化阴极及其对不同反应产品的选择性是确定锌-二氧化碳
电池作业形式的首要步骤。2
电池在充放电进程中的表现。
