浙大潘慧霖Acc. Chem. Res.：电解液空间架构新范式——看见无形，量化无序，设计不可见的微观非均性

第一作者：张灿富

通讯作者：潘慧霖*

单位：浙江大学

电解液作为电池体系中的关键组成部分，其结构与性质直接决定了离子传输、界面反应以及整体电化学性能。长期以来，电解液设计主要基于“均一溶液”假设，即体系在空间上均匀分布，离子以平均溶剂化结构存在，相关性能可以通过化学组成调控实现优化。在这一框架下，高浓度电解液、局域高浓度电解液以及共溶剂体系等策略相继发展，在一定程度上拓展了电化学稳定窗口并改善了界面稳定性。然而，这些方法往往面临动力学与稳定性难以兼顾的问题，例如高黏度导致离子传输受限、溶剂结构调控缺乏普适性等。近年来的实验与理论研究逐渐表明，即使在宏观均一的液体体系中，离子和溶剂分子也可能在纳米尺度上自发组织形成不同的微结构，而这些“看不见的结构”会深刻影响离子传输、界面反应以及电化学稳定性。真实的电解液更像是一种具有复杂内部结构的软物质体系。在这种状态下，溶剂分子/盐阴离子或其他电解液组分在微观尺度自发聚集，而体系在宏观上仍保持均一。这种非均结构源于能量与熵的复杂耦合，并表现出与传统均一液体截然不同的性质演化规律，例如导电性、黏度和比热容的异常非线性变化。在前期工作（Advanced Materials 2024, 36, 40, 2405913）中基于水系电池体系首次提出分子微观非均性电解液（Molecular Mcroheterogeneous Electrolytes, MMHEs）的概念，并以醚溶剂为示例，成功诱导分子自组装成交替分布的“富水域”与“贫水域”，并揭示水团簇在连接微观结构参数与宏观电解液性能之间起关键作用 （J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 38, 34721–34730）。该工作不仅开辟了理解和调控水系电解液反应性的全新路径，也为高性能水系电池的设计提供了突破性的思路。此外，在非水电池中，溶剂重组（Solvent Reorganization，ACS Energy Lett. 2023, 8, 1, 477–485），离子溶剂簇JACS Au 2024, 4, 5, 1986–1996）也成功通过构建具有空间分工的微结构区域，在一定程度上解耦离子传输、界面稳定性与电化学窗口之间的内在矛盾，为电解液性能优化提供新的设计思路。

近日，来自浙江大学潘慧霖研究员Accounts of Chemical Research 上发表综述性研究工作，系统总结并提出了“微观非均电解液”（Microheterogeneous Electrolytes, MHEs）的概念，构建了从分子相互作用到电池性能的多尺度结构–性能关联框架。该工作指出，电解液不仅由其化学组成决定，更关键在于其在空间尺度上的组织方式。分子间非共价相互作用与能量–熵耦合作用共同驱动体系形成具有空间非均性的结构单元。这些结构单元进一步演化为纳米至介观尺度的团簇与域结构，并最终决定离子传输路径及界面反应行为。基于这一认识，作者提出电解液设计应从“化学组成调控”转向“空间结构调控”，通过精准构建微观非均结构，实现对电解液性能的系统优化。

本文系统阐述了电解液中微观非均结构的形成机制及其对电化学性能的影响，提出了由分子相互作用驱动的多尺度结构演化模型。研究表明，电解液的性能不仅取决于其化学组成，更取决于其空间结构的组织方式。通过构建合理的微观非均结构，可以在不显著改变体系组成的前提下，实现离子传输与界面稳定性的协同优化，从而突破传统均一溶液体系的性能限制。

Microheterogeneous Electrolytes: From Chemical Composition to Spatial Architecture─A Paradigm Shift in Electrolyte and Interphase Design

潘慧霖研究员简介：潘慧霖研究员为浙江大学化学系博士生导师。2019年入选国家海外高层次人才青年项目，主持国家重点研发青年项目、国家自然科学联合基金、国际合作与交流项目，浙江省“尖兵”计划以及浙江省杰出青年等多项横纵向课题。近年来在储能电池材料及电解液相关基础科学问题领域取得了多项原创性成果，在Nat. Energy、Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed. 、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.、ACS Energy Lett.等国际顶级学术期刊发表SCI论文80余篇，论文引用15000余次，授权美国专利3项，申请中国专利10件目前担任中国化学会女化学工作者委员、浙江省化学会理事、浙江省能源研究会储能专委会委员、交叉材料学科期刊学术编辑、Nano Research青年编委等。

张灿富博士简介：张灿富博士于2024年在浙江大学获得博士学位，师从浙江大学化学系潘慧霖研究员，现为华中科技大学电气与电子工程学院博士后（导师：谢佳教授），主要从事水基储能电池、锂资源绿色循环利用等方面的研究，以第一作者在Acc. Chem. Res.、 J. Am. Chem. Soc.、 Adv. Mater.、ACS Energy Lett.、Adv. Funct. Mater.等国际期刊发表多篇SCI学术论文。