近日，上海大学材料学院博士研究生常麟晖以第一作者在国际顶级期刊《Nature Communications》（自然·通讯）发表题为“High-Entropy Solvation Chemistry towards Affordable and Practical Ah-level Zinc Metal Battery”的研究论文。上海大学为第一单位，上海大学程红伟教授、鲁雄刚教授和大湾区大学赵康宁助理教授为共同通讯作者。
水系锌离子电池因其本征安全性和低成本，在大规模储能领域展现出巨大潜力。然而，传统水系电解质限制了其能量密度和循环寿命。如何设计兼具高性能与低成本的电解质，是推动水系锌离子电池商业化进程的核心要素。
近年来，研究者在高熵合金、陶瓷等先进功能材料研究中对“高熵效应”的认识与创新方兴未艾。受此启发，作者创新性地在水系锌离子电池电解质设计中引入“高熵溶剂化”策略，利用微量混合卤素阴离子的协同介导效应，成功可控构筑出独特的高熵溶剂化结构（图1）。结合原子尺度的理论分析与多维度原位表征技术，深入地揭示了高熵溶剂化结构的体相特征与界面反应演变规律，阐明了锌金属电池综合性能显著提升的关键机制。
图1 高熵溶剂化电解质（HESE）的设计理念与核心优势（Nature Communications, 2025, 16, 6134）
研究发现，在该高熵溶剂化电解质（HESE）中，由单卤素接触离子对（CIP, ~72%）与多卤素聚集体（AGG，~23%）共同构建的特殊溶剂化结构显著提高了体系的构型熵（从902.22提升至1172.43）。通过诱导溶剂化结构的精密重组，突破了多卤素聚集体脱溶剂能垒限制，打破了传统卤素电解质中过电位与库伦效率的权衡，实现了低过电位与超高平均库伦效率的协同提升。得益于此，基于HSES的锌金属电池展现出卓越的性能与广阔应用前景（图2）。全电池实现了9.23 mAh cm−2的面积容量和优异的循环稳定性，能量密度高达152.2 Wh kg−1，处于国际领先水平。作为规模化验证，Ah级软包电池在超过250次循环中展现出超高平均库伦效率（99.90%）。经核算，HESE成本约0.33 $·kg−1，与2M ZnSO4电解质（0.32 $·kg−1）相当，较传统高浓度/添加剂体系降本10倍以上。本论文提出的高熵策略，通过精确调控阴-阳离子相互作用，为设计兼具高性能、高安全和低成本的实用化水系金属电池电解质开辟了新途径。
图2 HESE的高熵溶剂化结构分布及实用性电池性能展示（Nature Communications, 2025, 16, 6134）
面向国家新能源战略需求， 2025年以来，团队围绕新能源材料与电化学储能研究方向取得了一系列鼓舞人心的研究成果（Energy & Environmental Science, 2025, d5ee02101d; Energy Storage Materials, 2025, 104022; ACS Nano, 2025, 055925.R2; Chemical Engineering Journal, 2025, 163267; Materials Today Energy, 2025, 101889）。相关工作得到国家自然科学基金（52404423，52334009，51874196）、上海市自然科学基金（23ZR1421600）、松山湖实验室开放基金重点项目（2023SLABFK12）等资助。
论文下载链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61456-z
（撰稿人：孙强超）
