近日，化学与制药学部王晓副教授和周国伟教授在低温水系锌金属电池上取得重要研究进展，在国际顶级期刊Advanced Materials（IF=26.8）上发表题为“Electric Field Propelled Anion-Type Solvation Structure Reconstruction with Accelerated Kinetics for Low-Temperature Zinc Metal Batteries”的研究论文。化学与制药学部2023级硕士研究生陈炳超为论文的第一作者，王晓副教授、周国伟教授和山东大学熊胜林教授、山东交通学院李柱杰副教授为本文的共同通讯作者，齐鲁工业大学（山东省科学院）化学与化工学院为论文第一单位。
富有机的共晶电解质可以重塑水系电解液中的氢键网络，并降低凝固点，已被广泛应用于解决低温水系锌基电池面临的电解液结冰和热力学析氢等难题，但是有机相的存在通常会导致低的离子电导率，缓慢的去溶剂化动力学和锌离子的质量传输，从而影响锌沉积动力学的还原反应及成核。本研究引入非质子性丙酮作为共溶剂，以提升Zn(BF4)2基电解液的低温电化学性能。结合光谱学表征、分子动力学模拟、DFT计算和动力学分析，发现当溶剂化的Zn2+从体相电解液向负极界面扩散时，Zn2+初级溶剂化鞘中的丙酮受到负极界面自发形成的双电层电场的驱动发生动态的酮−烯醇式互变异构效应，从而转变为一种富阴离子型的溶剂化结构。该溶剂化结构不仅可以缩短Zn2+的去溶剂化路径、实现低温下快速去溶剂化动力学，还可以原位构建一种梯度的具有有机−无机杂化结构的坚韧紧密的固体电解质界面（SEI）以保护锌负极，最终实现低温下均匀的锌沉积和优异的锌存储性能。基于该改性的电解液，锌-锌对称电池在−40°C、1 mA cm−2条件下可稳定循环7500小时；在 10 mA cm−2、放电深度 34.2% 的条件下，循环寿命仍超过1200 小时。将该电解液与聚(3,4−乙烯二氧噻吩) −五氧化二钒（PEDOT−V2O5）正极匹配组装软包电池，在N/P比4.33、电解液用量6.0 μL mg−1 的实际工况条件下，−40°C时可输出150 mAh的高容量，经210次循环后容量保持率接近100%。
本研究通过调控电解液结构，为低温锌基电池的基础及应用研究提供了有效策略。本研究工作受到国家自然科学基金、科教产融合创新试点工程重大创新科研专项项目、山东省自然科学基金和中国博士后基金面上项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202522324
王晓，博士，副教授，硕士生导师。2021年6月于山东大学获得博士学位，近年来主持国家自然科学基金、山东省自然科学基金和中国博士后基金面上项目等，以第一/通讯作者身份在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、ACS Nano、Nano Letters等材料和化学领域的顶级期刊发表SCI论文10余篇，被引用1000余次，其中3篇ESI高被引论文。作为第一指导老师指导学生获得山东省大学生创新大赛山东省金奖（2025）、山东省大学生创新大赛山东省银奖（2024）、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛山东省二等奖（2025）等荣誉。
周国伟，博士，二级教授，博士生导师，化药学部多孔功能材料制备技术及应用团队负责人。国务院政府特殊津贴专家、山东省有突出贡献中青年专家、山东省优秀科技工作者、山东省优秀研究生指导教师等称号，主持国家自然科学基金、教育部科学技术研究重点项目、山东省自然科学基金重点项目等20余项，获山东省科学技术奖一等奖、二等奖多项，在国际知名期刊Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Powder Materials, Chinese Journal of Catalysis等发表SCI论文170余篇，以第一发明人获国家发明专利50余件、美国专利2件。
