近日，化学与材料科学学院能源材料创新团队实验室青年教师凌苇博士在高电压和长循环寿命固态锌基电池的研究中取得重要进展，相关研究成果以“Solid-state eutectic electrolyte via solvation regulation for voltage-elevated and deep reversible Zn batteries”为题在线发表于国际顶级期刊《Nature Communications》（中文名称：《自然·通讯》，中科院一区top，最新影响因子:14.7)。该研究通过创新固态电解质设计，实现了固态锌电池放电电压平台提升至2.1 V，并在高锌利用率（80%）和高电流密度（8.0 mA cm−2）下稳定循环1700小时，突破传统固态电解质在锌电池中的性能瓶颈。化学与材料科学学院青年教师凌苇博士为独立第一作者。

在国家“双碳”战略背景下，新能源储能技术是破解可再生能源间歇性难题、构建低碳能源体系的核心环节。其中，锌基电池凭借其低安全风险，以及锌资源储量丰富、供应稳定的特性，成为构建低碳能源存储体系的重要支撑，在储能、电动汽车、消费电子等领域具有广阔的产业应用前景且未来潜力巨大。特别是在绿色农业领域，锌基电池以低成本、本质安全性和环境友好性等显著优势，能够为植保无人机、农田灌溉等农业机械及电气化场景提供稳定动力，有效提升农业生产效率与自动化水平，为农业可持续发展注入强劲动力。然而，锌基电池体系仍面临两个关键性技术挑战：其一，其固有的低输出电压特性显著限制了能量密度的提升空间；其二，锌枝晶不可控生长与界面副反应引发的容量快速衰减问题，严重制约了电池的长循环稳定性。对此，本研究聚焦于固态共晶电解质在锌基电池中的创新应用，通过分子间相互作用调控和界面优化，突破了传统锌基电池的性能瓶颈，为高电压、长寿命固态电池的发展提供了新路径。

在本研究中，通过三元低共熔电解质与乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的交联聚合反应，原位制备了一种不可燃的固态共晶电解质。得益于低共熔溶剂与聚合物骨架之间的分子间相互作用，该电解质的室温离子电导率突破至 3.94×10⁻³ S/cm，同时显著稳定了锌电极的界面反应。实验表明，采用该电解质的对称电池在锌利用率达80%、电流密度为8.0 mA/cm²的严苛条件下，可稳定运行长达1700小时，优于传统固态及大多数液态锌电池。结合分子动力学模拟与第一性原理计算揭示，通过精准调控锌离子的溶剂化结构，该固态低共熔电解质可将锌基全电池的放电电压平台提升至2.1 V，且在室温下展现出优异的倍率性能与循环稳定性。值得关注的是，这种电压平台的提升在聚阴离子和普鲁士蓝等不同正极体系中均表现出普适性，亦有望推广至锂、钠、镁等其他金属基电池体系，为固态电池的多元化发展提供重要参考。本研究成果不仅深化了新能源存储领域的基础研究，更通过提升电池安全性、循环稳定性与能量密度，为新能源产业的规模化应用及绿色农业中电气化设备（如植保无人机、智能灌溉系统）的可持续动力供给奠定了坚实基础，助力“双碳”目标下全球能源结构的低碳化转型与农业现代化进程。

长期以来，湖南农业大学紧扣国家战略与经济社会发展需求，系统谋划学科布局与科研攻关方向，主动对接国家战略部署和省级“三高四新"战略要求，持续提升服务区域发展的核心效能。在此背景下，化学与材料科学学院依托学科交叉优势，聚焦新能源材料、生态农业等重点领域持续精耕，支持青年教师锚定国际科技前沿与关键技术难题开展协同攻关。此次成果的发表，既是学校践行"四个面向"、深化产学研融合的生动诠释，也为服务区域发展战略、助力实现"双碳"目标提供了关键科技支撑。

此外，该研究得到了国家自然科学基金委、湖南省科技厅、湖南省教育厅和湖湘青年英才等项目的经费支持。

作者简介：

凌苇，校聘教授，硕士生导师，化学与材料科学学院能源材料创新团队骨干成员，我校2024年神农学者青年英才（B类）引进人才，主要从事新能源存储技术与农业环境污染治理关键材料研究，致力于通过材料创新推动能源存储效率与农业生态治理协同发展。近年来，在Nature Communications, Angewandte Chemie International Edition,Advanced Materials等期刊发表高水平论文40余篇，其中以第一作者或通讯作者发表SCI论文20余篇（影响因子10以上的中科院一区论文10余篇）；申请及授权专利6项，转让专利成果3项；主持/参与国家级、省部级等科研项目7项；担任Energy Materials期刊青年编委（IF=11.8）。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60125-5

Wei Ling, Funian Mo, Xiongwei Wu, Xianxiang Zeng, Jian Xiong, Yan Huang*, Solid-state eutectic electrolyte via solvation regulation for voltage-elevated and deep-reversible Zn batteries, Nature Communications 16(1) (2025) 4868.