水系锌电池不对称电解质设计：解决阳极/阴极矛盾的创新策略

针对水系锌电池(ZBs)中锌阳极枝晶生长、腐蚀/钝化与阴极材料溶解等关键问题，香港城市大学陈胜梅、支春义团队系统综述了不对称电解质的设计原理与应用进展，提出通过宏观/微观结构调控实现阴阳极需求解耦的策略，为开发高能量密度、长循环寿命锌电池提供了创新路径。研究成果发表于《Communications Chemistry》，对推动下一代安全储能器件发展具有重要意义。

　　

随着全球对可再生能源存储需求的激增，水系锌电池(ZBs)因其本征安全性、低成本和环境友好性成为锂离子电池(LIBs)的有力竞争者。然而，水分子这把"双刃剑"在锌电池中制造了棘手的矛盾——在阳极侧，水分子诱发锌枝晶生长、腐蚀和氢析出反应(HER)；在阴极侧，水分子却是维持高容量和稳定循环的"润滑剂"。这种"阴阳两极冰火两重天"的困境，使得传统均相电解质顾此失彼，严重制约着锌电池的实际应用。

香港城市大学的研究团队在《Communications Chemistry》发表前瞻性综述，系统阐述了不对称电解质设计的突破性进展。研究人员创造性地提出通过宏观尺度(液/液、凝胶/凝胶、固/凝胶异质结构)和微观尺度(阴离子结构调控、聚合物网络设计)的双轨策略，构建能同时满足阴阳极矛盾需求的电解质体系。这种"分而治之"的创新思路，使锌电池首次实现了3V级高电压窗口和90 Wh kg^-1的高能量密度，为破解水系电池的"水分子悖论"提供了关键技术路径。

关键技术方法包括：1) 宏观异质结构构建(如酸碱解耦的KOH/H₂SO₄双电解质体系)；2) 微相分离电解质设计(如Zn(DFTFSI)₂不对称阴离子盐)；3) 多功能凝胶电解质合成(如纤维素/聚丙烯酸钠双网络结构)；4) 原位表征技术揭示界面反应机制。

宏观尺度设计突破

液/液不对称电解质通过酸碱解耦策略，如采用KOH阳极液与H₂SO₄阴极液的组合，成功将Zn-MnO₂电池电压提升至2.83V。研究团队开发的乙腈/水双相电解质，利用相分离界面实现Zn²⁺选择性传输，使Zn||CVO全电池在8C倍率下仍保持275 mAh g^-1的容量。

凝胶/凝胶体系通过聚丙烯酰胺(PAM)与明胶的层级网络结构，兼具高离子电导率(12.3 mS cm^-1)和机械强度。特别设计的Pluronic? F127热可逆水凝胶，首次实现无膜集成的酸碱凝胶电解质，使锌空气电池突破2V工作电压。

微观尺度创新

在分子层面，团队设计的Zn(DFTFSI)₂不对称阴离子盐，其CF_{2^-2高电流密度下实现2000次稳定循环。通过聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)/PAM有机水凝胶设计，电池在-60°C至50°C宽温域保持性能稳定。}

这项研究确立了不对称电解质设计的三大核心原则：界面阻抗最小化、离子传输定向化和功能集成化。通过人工智能辅助的电解质组分优化和原位界面表征技术的结合，未来有望实现4V级水系锌电池。该工作不仅为锌电池技术突破提供了理论框架，其"矛盾解耦"的设计哲学更为其他多价态离子电池开发提供了范式转移。随着固态电解质与智能凝胶材料的融合发展，不对称电解质技术或将重塑下一代储能器件的竞争格局。