马丽娜副教授、罗浩副教授等，CEJ观点：限域-去溶剂化-界面匹配三重机制提升宽温域锌碘电池性能

第一作者：孙上

通讯作者：马丽娜*，罗浩*，陈驰*，何菡娜*

单位：青岛大学，厦门理工学院，中国科学院福建物构所，四川大学

在“双碳”目标背景下，面向大规模储能应用，人们对电池体系提出了更高要求——不仅要安全可靠，还要成本可控、环境友好。水系锌-碘电池凭借高安全性、较高理论容量以及丰富廉价的原材料，被视为极具前景的储能选择。然而在实际运行中，锌负极易出现枝晶生长、析氢等副反应，正极侧多碘化物穿梭问题突出，导致电池效率下降、寿命缩短，且在高温等苛刻条件下问题进一步加剧。作为电池中常被忽视却至关重要的组成部分，隔膜在离子传输调控和界面稳定中扮演着“第三电极”的角色。传统隔膜功能单一，难以兼顾锌离子沉积调控与多碘化物抑制，因此，发展同时具备限域效应、去溶剂化调节和界面匹配能力的多功能隔膜，被认为是实现锌-碘电池宽温域稳定运行的关键突破口。

近日，青岛大学马丽娜团队联合厦门理工学院罗浩副教授、中国科学院福建物构所陈驰研究员及四川大学何菡娜研究员，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Confinement-desolvation-interfacial matching trilogy boost wide-temperature-range zinc-iodine batteries”的研究论文。该工作围绕水系锌-碘电池在宽温域运行中面临的锌负极不稳定和多碘化物穿梭等关键问题，提出了一种兼具限域效应、去溶剂化调控与界面匹配能力的MOF-纤维素复合隔膜策略。文章系统揭示了多功能隔膜在调控Zn²⁺传输、引导均匀沉积及抑制界面副反应方面的协同作用，并展示了锌-碘电池在高温条件下实现长寿命稳定运行的最新研究进展。

在水系锌-碘电池中，锌负极的界面稳定性始终是制约其长期循环的核心难题之一。在反复的沉积与剥离过程中，Zn²⁺往往在局部电流密度较高的区域优先生长，逐渐演化为枝晶结构。这些枝晶不仅会导致电极表面形貌恶化，还可能刺穿隔膜引发内部短路。同时，水系体系不可避免地伴随析氢和腐蚀等副反应，进一步消耗活性锌并破坏界面结构。尤其在高温条件下，电化学反应动力学加快，界面失效过程被显著放大，使锌负极更难实现稳定、可逆的沉积行为。

在水系电解液中，Zn²⁺通常被多分子水紧密包裹，其去溶剂化过程被认为是锌沉积的关键速率控制步骤。过强的溶剂化作用不仅提高了Zn²⁺在界面处的反应能垒，还会诱发析氢等寄生反应，降低沉积效率。近年来的研究表明，通过构建具有限域效应的功能结构，可以在不破坏电解液整体稳定性的前提下，对Zn²⁺溶剂化壳层进行“温和调节”，实现适度去溶剂化。这种精细调控有助于降低成核能垒，引导Zn²⁺以更均匀、更致密的方式沉积，从而有效缓解枝晶生长问题。

除负极问题外，正极侧多碘化物的穿梭效应同样是锌-碘电池面临的重要挑战。在充放电过程中，生成的多碘化物易溶于电解液并在电场驱动下向负极迁移，造成活性物质流失和副反应增加。传统隔膜孔径分布无序、缺乏选择性筛分能力，难以有效阻挡多碘化物扩散。随着温度升高，多碘化物迁移速度进一步加快，穿梭效应更加严重，直接导致容量快速衰减和库仑效率下降。因此，如何在保证Zn²⁺快速传输的同时，选择性抑制多碘化物迁移，是隔膜设计中必须权衡的关键问题。

目前，水系锌-碘电池的性能衰退并非由单一因素引起，而是多种界面失效机制相互耦合的结果。目前，对隔膜–电极–电解液多界面协同调控的认识仍然有限，尤其是在高温等苛刻工况下，界面演化过程缺乏系统性的原位表征与理论解释。未来，结合原位表征技术、多物理场仿真以及材料结构设计，从空间限域、去溶剂化调节到界面匹配协同入手，有望为构建高安全性、长寿命、宽温域运行的锌-碘电池提供新的设计范式，并加速其向实际储能应用迈进。

Confinement-desolvation-interfacial matching trilogy boost wide-temperature-range zinc‑iodine batteries

马丽娜副教授简介：迄今为止共发表国际主流期刊论文40余篇，包括Nano Energy、Adv. Funct. Mater.、J. Mater. Chem. A、J. Energy Chem.、ACS Appl. Mater. Inter.、Carbon、Compos. Sci. Technol.等，第一作者/通讯作者论文40余篇（其中2篇入选ESI高被引、热点论文），论文总引用超过1500余次，H指数22，授权国家专利14项，国际专利2项，参编著作2项。作为项目负责人及主要参与人主持/参与国家级、省级及国防等基金项目六项。

罗浩副教授简介：2025年度全球前2%顶尖科学家榜单，被评为福建省/厦门市引进高层次人才。2021年4月博士毕业于哈尔滨工业大学电化学工程专业，从事新能源材料与器件领域的基础及应用研究。主持承担国家自然科学基金青年项目、中国博士后科学基金特别资助项目、福建省自然科学基金面上项目等科研项目10余项；申请发明专利8项。与阿德莱德大学、复旦大学、浙江大学、哈尔滨工业大学等国内外优秀科研团队长期合作。以第一/通讯作者在Matter（Cell子刊）、PNAS（美国国家科学院院刊）、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.（2篇）、ACS Nano、Chem. Sci.、Nano-Micro Lett.、Nano Energy (2篇)、Energy Storage Mater. (4篇)、J. Energy Chem.(4篇)、Nano Res.、Rare Met. (2篇)、J. Colloid Interf. Sci. (4篇)、Sep. Purif. Technol.等中科院一区SCI期刊上发表论文30余篇，多篇论文入选ESI热点/高被引论文；他引次数2200余次，h因子24。

陈驰副研究员简介：2008年获华中科技大学电子科学与技术学士学位；2017年获华中科技大学微电子学与固体电子学博士学位；2015-2017年在美国Drexel大学完成博士联合培养；2018-2020年在日本东京大学从事博士后研究。2020年4月加入中国科学院海西研究院稀土材料研究中心。

何菡娜特聘副研究员简介：高分子材料工程国家重点实验室固定研究人员，四川大学双百B人才。长期从事能源材料化学和应用电化学的基础研究，主要包括锂/钠离子电池，水系锌离子电池，金属空气电池等。以第一（通讯）作者身份在Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Energy Materials，Science Bulletin，Nano Energy, ACS Nano, Energy Storage Materials等期刊发表SCI论文24篇。主持国家自然科学基金面上项目/青年基金项目、四川省自然科学基金面上项目、高分子材料工程国家重点实验室青年人才项目、四川大学引进人才项目等，申请国家发明专利4项，已授权1项。获四川大学“双百人才工程”B类人才称号，湖南省自然科学奖二等奖，京博科技优秀博士论文奖，四川省三八红旗集体，第十七届青年女科学家奖团队奖，四川大学“十大基础研究进展”等荣誉。

孙上：青岛大学化学化工学院2023级硕士研究生，导师为马丽娜副教授和罗浩副教授，研究方向为水系锌离子电池阴极材料设计与阳极保护。目前已经以第一作者和共同第一作者发表SCI论文4篇，SCI论文成果发表在Adv. Funct. Mater.、Chem. Eng. J上，均为影响因子>13的论文。在校期间积极配合学校工作和参与科研活动，被聘为2023-2024年度实验室安全员，获2025年度校优秀研究生一等学金，获2024年度校优秀研究生二等学金，Mathor Cup全国三等奖。

课题组围绕新型能源存储与功能材料领域的前沿科学问题，致力于高性能电化学能源器件及相关功能材料的设计、构筑与机理研究。研究方向涵盖锂/钠离子电池、水系电池、固态电池等多种先进储能体系，重点关注正负极材料的结构调控、新型电解液与界面稳定性优化，以及电池在复杂工况下的安全性与失效行为。

常年招收具有材料、化工、化学、物理及电子信息等相关专业背景的研究生！欢迎有志于从事新能源材料与器件研究的本科生和研究生加入团队。近三年每年招生名额3名。