摘要：随着全球对可再生能源和电动汽车的需求不断增长，开发高效能量密度的电池成为工程师们的研究重点。最近，威斯康星大学麦迪逊分校的研究团队在这方面取得了重要进展，创造了一种不依赖电极的新型电解质，特别适用于无阳极钠离子电池，有望成为未来电动汽车的主要动力源或用于电网的

信息来源：https://techxplore.com/news/2025-09-enabling-electric-future-electrode-agnostic.html

随着全球对可再生能源和电动汽车的需求不断增长，开发高效能量密度的电池成为工程师们的研究重点。最近，威斯康星大学麦迪逊分校的研究团队在这方面取得了重要进展，创造了一种不依赖电极的新型电解质，特别适用于无阳极钠离子电池，有望成为未来电动汽车的主要动力源或用于电网的能量存储。

开创电解质的新方法

该研究团队由助理教授刘芳博士及其博士生邢倩丽和杨子琦领导，研究结果已在《自然通讯》上发表。传统电池通常包括两种不同的电极（阳极和阴极）以及一个液态电解质，但研究团队提出了一种新的设计思路，即“初始无阳极”，意味着电池在充电过程中会在内部自然而然形成阳极，从而简化了制造过程，同时提高了能量密度。

电解质设计策略。电池充电过程中电解液中溶剂分布的图示。图片来源：自然通讯 （2025）。DOI：10.1038/s41467-025-63902-4

电解质的主要功能是作为液体介质，在充电和放电过程中帮助离子在阳极和阴极之间移动。然而，制约电池性能的一个主要挑战是缺乏一种通用电解质，能够与多种电极材料有效配合。研究人员意识到，电解质中的溶剂分子如何相互作用将直接影响离子的移动和电池的整体性能。

结合不同的溶剂分子

为了克服这一挑战，研究人员混合了两种醚基溶剂：2-甲基四氢呋喃（2-MeTHF）和四氢呋喃（THF）。前者在阳极更稳定，后者则在阴极表现更佳。这一组合的成功在于溶剂与电离子之间的相互作用。

刘教授表示：“通过这种模型系统，我们试图揭开哪些因素影响阳极和阴极的稳定性，并为电池的每个电极提供适合的分子。”研究显示，阳极区域需要一种强键合的溶剂，而阴极则依赖于“游离”或较弱键合的溶剂，以实现更佳的电化学行为。

模拟与实验的结合

材料科学与工程助理教授刘芳、她的博士生邢倩丽及其合作者利用实验和计算方法为未来的电池创造了一种新的、更高效的电解质。图片来源：Joel Hallberg/威斯康星大学麦迪逊分校

在这项研究中，计算与实验方法的结合显得尤为关键。由副教授Reid Van Lehn及其学生Jung Min Lee进行的计算测试，利用分子动力学模拟预测钠离子附近的溶剂分子组成，验证了两种溶剂分子在离子周围的表现。这种实验证实了之前的假设，为电解质设计提供了重要的分子尺度洞察。

Van Lehn指出：“我们的计算结果与Liu团队的实验数据高度一致，确定了强相互作用溶剂（2-MeTHF）和弱相互作用溶剂（THF）的相对表现。”这为开发下一步的钠金属电池及其他新型锂离子电池奠定了基础。

展望电动未来

随着电动汽车市场的急剧增长，研究人员对新电解质的探索将继续深化。刘教授强调，理解离子和溶剂之间的相互作用是电池化学进步的关键，他们正在努力扩大现有的溶剂库，以验证这一研究是否适用于更广泛的溶剂组合和不同的电池化学。

这项研究不仅为降低成本和提高效率的电池开发开辟了新途径，也为可持续电动未来的实现提供了支持。随着对电池技术持续的创新，这种新型电解质有望成为未来电动汽车蓬勃发展的重要基础。

来源：人工智能学家