近日，湖北大学微电子学院王浩教授、万厚钊教授与电子科技大学张宝研究员在国际应用化学和化学能源著名权威期刊《Angewandte Chemie International Edition》发表题为《Atomic Level-Macroscopic Structure-Activity of Inhomogeneous Localized Aggregates Enabled Ultra-Low Temperature Hybrid Aqueous Batteries》的研究论文。湖北大学为第一作者单位及第一通讯单位，湖北大学博士研究生姚佳为第一作者，王浩教授、万厚钊教授及张宝研究员为通讯作者。

由于水的有限热力学电化学稳定性窗口（1.23 V）和水的低温冻结，使得水系电池存在相对较低的能量密度、较差的循环寿命和有限的工作温度范围等问题。揭示均相电解液微观上的原子级溶剂化结构和宏观上的离子输运性质，以及它们之间的构效关系，是解决上述问题的关键。加入有机共溶剂已成为克服这些限制的有效解决方案，然而大多数混合电解液主要强调二元相互作用（离子-有机溶剂或水-有机溶剂）而调节局部原子水平的溶剂化或水合结构。涉及盐-水-有机共溶剂的三元相互作用及其对混合电解液的原子水平和宏观结构特征的影响仍然没有得到深入的探索，呈现出许多有待解开的谜团。

图1.胶束状结构电解液的选择

针对上述问题，该团队系统地揭示了盐-水-有机共溶剂的三元相互作用及其对混合电解液的原子水平和宏观结构特征的复杂影响，创新性的提出一类用于超低温水系锌离子、锂离子电池的胶束状结构电解液。这种电解液特点是具有富有机相和纳米级水电解质聚集体，由适当的低供体数（DN）助溶剂和两亲阴离子实现。值得注意的是，这种电解质具有极高的溶解度，在水性胶束中可容纳高达29.8m的三氟甲磺酸锌。这种结构保持了胶束内盐包水的设置，从而实现了宽电化学窗口（高达3.86 V）、低粘度和最先进的超低温锌离子电导率（-80°C时为1.58mS·cm^-1）。基于不均匀局域聚集体的独特性质，这种胶束状电解质即使在-80°C时也能促进无枝晶Zn的电镀/剥离。组装的Zn||PANI电池在-80°C的条件下，显示出71.8mAh·g^-1的惊人容量和超过3000次的使用寿命。该研究开辟了一种有前途的电解质设计方法，超越了传统的局部原子溶剂化结构，拓宽了盐包水电解质的概念。

图2.超低温下的锌对称电池和锌全电池性能

近年来，王浩教授团队致力于水系储能电池、类脑芯片、三维存储器、化合物半导体光电传感器、6G通感一体、通导遥融合、低空飞行器动力等未来技术的研究探索，取得系列创新成果。先后入选湖北省创新群体、省重点产业创新团队，入围教育部创新团队答辩。主持国家科技重大专项子课题和国家重点研发计划子课题（各1项）、国家自然科学基金项目（25项）、教育部科技项目（5项），主持湖北省技术攻关重大项目（JD）课题、技术创新重大项目、科技重大专项课题、杰青项目、重点研发计划课题等重点项目（12项）和武汉市科技重大专项课题（1项）等。在Adv. Mater.、Angew. Chem.、Adv. Energy Mater.、Nano-Micro Lett.、Adv. Fun. Mater.、ACS Nano、IEEE EDL等发表论文300余篇，引用1万余次；获授权国际发明专利5项、中国发明专利80项、软件著作权20余项，湖北省自然科学奖6项。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202409986

（审稿：游龙）