近期，能源胶体与界面化学团队在水系锌离子电池领域取得系列研究进展，围绕电解质开发与界面调控两大核心方向，在添加剂分子几何匹配、卤素阴离子界面吸附调控、人工SEI欧姆接触构筑、非均质双相电解液设计及水系准固态电解质开发等方面取得系列突破。
进展一：分子几何匹配助力稳定锌负极：季鏻阳离子添加剂设计新策略
为解决水系锌电池中锌负极枝晶生长与副反应严重制约其寿命的关键难题，欧乐影院
高新培教授、苏龙副研究员联合山东大学郑利强教授提出一种基于分子点群理论的电解质添加剂设计策略。该团队发现，具有高对称性正四面体结构的季鏻阳离子（P₄₄₄₄⁺）吸附于锌界面时，可形成立体锁定的C3v吸附构型，构建“阳离子内层-阴离子外层”的梯度保护层，有效排挤界面水分子，并在循环中原位转化为富含ZnP/ZnF2的固态电解质界面相，从而协同抑制析氢与腐蚀，引导锌离子均匀沉积。研究表明，添加P₄₄₄₄TFA的Zn//Zn对称电池在1 mA cm⁻2下循环超3000小时，5 mA cm⁻2下高达1200小时；Zn//PANI全电池在1.0 A g⁻1下循环2000次后容量保持率达86.2%。该研究为从分子几何层面理性设计高性能水系锌电池添加剂提供了新视角。相关成果以“Geometric Matching Effect of Tetrahedral Cation Adsorption Enables Reliable Interfacial Engineering toward Stable Aqueous Zinc-Ion Batteries”为题发表于国际知名期刊ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.5c20170，第一作者为联合培养博士生徐心铭，通讯作者是苏龙副研究员、山东大学郑利强教授、高新培教授）。
进展二：卤素阴离子界面调控：超长稳定循环锌金属负极研究
此外，研究团队以离子液体为模型体系，针对锌负极界面副反应严重的问题，提出了利用吸附作用调控界面微环境的优化策略。在此基础上，系统论述了卤素阴离子（Cl⁻、Br⁻、I⁻）在电极/电解液界面的特异性吸附行为及其作用机制。研究表明，I⁻最易在内亥姆霍兹层形成致密且稳定的化学吸附层，可有效均匀化界面电场与离子分布，引导锌的均匀沉积/剥离，并显著抑制副反应。得益于该界面调控机制，采用I⁻修饰的Zn//Zn对称电池在1.0 mA·cm⁻2条件下实现了超过4900小时的超长稳定循环，库仑效率高达99.7%。相关成果以“Interfacial Engineering via Halide Anion derived Specific Adsorption toward Regulated Deposition Kinetics for Zn Metal Anodes”为题发表于国际知名期刊ChemSusChem（DOI：10.1002/cssc.70522，第一作者为硕士生解冰清、博士生李佳忆，通讯作者为苏龙副研究员、高新培教授、鲁飞教授。）
进展三：人工SEI层实现电解质/电极界面行为调控
为解决传统水系电解液中SEI膜难以稳定构建的难题，研究团队通过设计含氧空位的金属氧化物层，利用其与锌金属之间的功函数差异成功构建了欧姆接触界面。该界面能够有效调控Zn2+的传输动力学，在物理上阻断水分子接触的同时，从根源上抑制枝晶生长与腐蚀副反应。相关成果以“Engineering ohmic contact interfaces via oxygen-deficient oxide layers toward uniform Zn2+ flux and deposition”为题发表于国际知名期刊Chemical Engineering Journal（DOI：10.1016/j.cej.2026.173216, 第一作者是博士生李霞，通讯作者是谷慧博士、高新培教授）。
进展四：非均质电解液助力持久稳定锌金属电池
传统水系锌离子电池电解液多通过抑制水活性来稳定锌负极，但这往往以牺牲离子传导为代价，难以同时满足正、负极的差异化需求。近日，研究团队基于亲水效应，提出一种由盐析效应驱动的水/有机双相电解质设计新策略。研究表明，水与正丙醇本为互溶体系，但高电荷密度的硫酸根离子所带来的强亲水效应，可调控体系内分子间相互作用，进而通过阴离子特异性热力学作用实现对电解液相行为的精准调控。所构建的双相电解液包含两个独立的反应室：富含丙醇的阳极定制电解质可有效抑制水引发的副反应并促进均匀锌沉积，在200次循环中实现99.1%的平均库仑效率，并赋予对称电池超过6800小时的超长循环寿命；富水的阴极定制电解质则兼具优异的离子电导率，其残留有机组分还能协同优化阴极/电解质界面，加速Zn2+的嵌入/脱出动力学。该工作为设计满足正负极差异化需求的先进电解质提供了全新视角。相关成果以“Kosmotropic-effect-driven biphasic aqueous electrolyte towards durable zinc-ion batteries”为题发表于国际知名期刊Green Chemistry （DOI：10.1039/d5gc06218g，第一作者为博士生贺连纹，通讯作者为潘福生教授、高新培教授、鲁飞教授。）
进展五：水系准固态电解质的开发。
针对水系锌离子电池输出电压低、倍率性能差等瓶颈问题，研究团队制备了一种双阳离子聚阴离子电解质（DCPE）。该体系以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）的锌盐和锂盐为前驱体，通过原位光聚合构建富含羰基与酰胺基团的聚合物骨架。该骨架有效重构水分子氢键网络，将电化学稳定窗口拓宽至4 V以上；同时，聚阴离子结构通过限制阴离子迁移显著抑制浓差极化，大幅提升倍率性能。引入的锂离子使体系能够适配锂离子电池高压正极，从根本上突破水系电池的电压瓶颈。电化学测试表明，基于DCPE的Zn||LMO全电池实现了2.1 V的高输出电压与108.46 mAh/g的比容量，在0.5 A/g下循环1000次后容量保持率达73.3%，循环寿命较传统液态电解质提升5.6倍。该研究为开发兼具高电压与高倍率性能的水系储能体系提供了新思路。相关成果发表于Journal of Energy Storage（DOI: 10.1016/j.est.2025.119863，第一作者为联合培养硕士生吴嘉鸣，通讯作者为山东石油化工学院谢丰金博士、高新培教授、山东大学郑利强教授）。
上述研究得到了国家自然科学基金（22362014、22262011、22272090）、海南省自然科学基金（224RC442）、欧乐影院
科研启动经费（KYQD(ZR)-21127、KYQD(ZR)-22047）等基金项目的资助。
撰稿：苏龙
审核：潘福生
