近日，2138cc太阳集团官网入口万厚钊、王浩教授团队在Nature子刊《Nature Communications》发表题为《Electric-field-reinforced affinitive electrolytes for highly reversible aqueous zinc metal batteries》的研究成果。2138cc太阳集团官网入口为第一完成单位，2023级硕士研究生杨铭为论文第一作者，2138cc太阳集团官网入口王浩教授、万厚钊教授，电子科技大学张宝教授、孙威教授为共同通讯作者。

图1 论文首页

锌金属电池因其高理论比容量、本征安全和低成本等优势，被认为是大规模储能的重要候选体系。然而，在水系电解液中锌阳极易发生枝晶生长、析氢和腐蚀等问题，导致库仑效率降低并显著缩短电池寿命，严重制约其商业化进程。尽管通过电解液调控、界面保护和隔膜优化等策略已取得显著进展，但忽略了电池工作过程中界面强电场对离子分布和溶剂化结构的动态调控作用。

本研究提出了一种电场增强的亲和型电解液（ERAR）体系设计策略。研究表明，兼具高供体数（DN）和高偶极矩（μ）的添加剂能够在工作电场作用下向电极界面富集，并与Zn2+发生共迁移，从而动态调控电双层结构和Zn2+溶剂化环境。所形成的有机富集界面结构，部分排斥H2O和SO42-进入Zn2+溶剂化壳层，从而有效抑制析氢副反应并诱导更加均匀致密的锌沉积形貌。通过机器学习分析发现，DN-μ组合可作为预测添加剂界面调控能力的有效分子描述符，为添加剂筛选提供了新的理论依据。此外，还构建了一个高通量分子筛选流程，从数十万种有机分子数据库中系统筛选潜在电解液添加剂候选。通过结合毒性、化学稳定性、pH值及多重筛选条件，并进一步基于分子偶极矩、电化学稳定窗口以及Zn2+结合能力等关键参数进行计算评估，锁定一系列具有潜在电场响应能力的分子，从而进一步证明了该设计框架的普适性和预测能力。

图2 电场增强的亲和电解液的设计理念

原位表征揭示了ERAE对界面溶剂化结构的动态调控机制，该电场驱动的溶剂化重构机制使界面呈现有机富集、低水活性的特征，从而抑制析氢副反应并促进均匀致密的锌沉积。选取N,N-二甲基脲（DMU）作为代表性添加剂，在仅2 wt%添加量下即可显著提升锌沉积/剥离可逆性，使库仑效率达到约99.9%。在60%放电深度条件下，Zn‖Zn对称电池稳定循环700小时以上。高负载Zn‖ZnI2全电池可稳定循环750次并保持84.5%容量保持率，同时软包电池在长期循环中仍表现出良好的稳定性。

图3 电场增强的亲和电解液的界面溶剂化动力学与电池性能

本研究首次从电场驱动界面溶剂化调控的角度出发，将电极界面电场由传统电解液设计中的“被动环境”转变为可以“主动利用”的调控因素。通过引入具有电场响应能力的分子，使添加剂能够在工作电场作用下自发富集于界面并参与Zn2+溶剂化结构重构，实现对界面反应路径的动态调控。这一策略不仅突破了传统依赖高浓度电解液或大量有机共溶剂的设计思路，还为低添加量、高效率的界面调控提供了新的分子设计原则。

王浩、万厚钊教授团队积极服务国家重大战略和区域发展需求，有组织开展新型储能器件、三维存储器与先进封装、忆阻器与感存算一体芯片、光电探测器与硅光芯片、射频毫米波芯片等研究，先后多次承担国家、湖北省和武汉市重大重点项目。相关研究成果在Adv. Mater.、Nano-Micro Lett.、Angew. Chem.、Nature Comm.、IEEE EDL等权威期刊发表，被引用1.1万余次；获授权国际国内发明专利100余项，多项成果实现转移转化；获湖北省自然科学奖、青年科技奖多项，多人连续入选斯坦福全球前2%顶尖科学家榜单。(审稿人：汪宝元）

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-70366-7