摘要：2025年1月8日，南开大学程方益研究员在国际顶级期刊Nature Reviews Chemistry发表题为《Dissolution, solvation and diffusion in low-temperature zinc electrolyte d

水性锌基电池在电化学储能界引起了广泛关注，但它们在寒冷环境中会出现电解液冻结和动力学缓慢的问题。

2025年1月8日，南开大学程方益研究员在国际顶级期刊Nature Reviews Chemistry发表题为《Dissolution, solvation and diffusion in low-temperature zinc electrolyte design》的研究论文，董阳、Honglu Hu为论文共同第一作者，程方益研究员为论文通讯作者。

程方益，南开大学化学学院研究员，国家杰青（2019），国家级高层次人才，国家优青（2013），国家“万人计划”科技创新领军人才（2017），科技部中青年科技创新领军人才（2016）。

2003年、2009年获得南开大学学士和博士学位，随后留校任教，期间2015-2016年到加州大学洛杉矶分校作访问学者，2016年担任南开大学研究员、博士生导师。

程方益研究员从事能源材料的设计、制备、反应机理与应用研究，特别关注非整比氧化物电极材料，研究结果发表在Nature Chem.、Nature Commun.、JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊，发表论文被SCI引用26000余次。

在这篇综述中，作者讨论了设计防冻水性锌电解液所需的关键参数。

研究团队从与不同锌盐及其溶解和溶剂化行为相关的基础知识开始，重点介绍正离子和添加剂对盐溶解度、离子扩散和冰点的影响。

然后研究人员关注负离子-正离子-溶剂相互作用的复杂结构和能量学。作者还评估提高低温下电解液性能的现有策略，并讨论锌负极的沉积和剥离动力学以及各种正极材料中的电荷存储。

此外，作者阐述了锌电池耐冷水性电解液配方当前的挑战，并展望了未来的研究方向。

图1：常见锌盐的结构和解离

图2：Zn2+溶剂化行为的热力学描述符和相互作用

图3：低温策略对水性电解液体相局部溶剂化配置的影响和表现

图4：多角度比较不同低温水性电解液设计策略的关键参数

图5：低温下电解液与电极材料的兼容性

图6：不同正极和Zn负极在低温下各种电解液策略的性能

图7：锌电池低温电解液的关键表征和预测技术总结

综上，作者综述了水性锌基电池在低温环境下电解液冻结和动力学缓慢的问题，探讨了设计防冻水性锌电解液的关键参数，包括锌盐的溶解和溶剂化行为、负离子-正离子-溶剂相互作用的复杂结构和能量学，以及改善低温下电解液性能的策略。

这项研究为开发适用于低温环境的锌电池电解液提供了理论基础和设计指导，具有重要的科学意义和广阔的应用前景，有望推动锌电池在寒冷地区的应用和性能提升。

Dong, Y., Hu, H., Liang, P. et al. Dissolution, solvation and diffusion in low-temperaturezincelectrolytedesign.Nat Rev Chem (2025). https://doi.org/10.1038/s41570-024-00670-7

来源：华算科技