破解锌碘电池“魔咒”！新型水凝胶电解质让电池循环20000次依旧能打

骆天治教授、毛磊教授、赵攀峰教授， Small观点：本研究通过巧妙的分子工程，设计了一种两性离子细菌纤维素水凝胶电解质（SBC），成功在同一材料平台上协同解决了锌碘电池正极多碘化物穿梭和负极锌枝晶生长两大核心难题，为开发长寿命、高性能水系转换电池提供了全新的电解质设计蓝图。

第一作者：徐俊康

通讯作者：骆天治，毛磊，赵攀峰*

单位：中国科学技术大学，电子科技大学

水系锌碘电池凭借其高安全性、低成本和环境友好等优势，在大规模储能领域展现出广阔前景。然而，其商业化应用长期受困于两大技术瓶颈：正极侧多碘化物的溶解穿梭效应，以及负极侧锌枝晶的不可控生长。这两大问题相互交织，导致电池库仑效率低、循环寿命短，严重制约了锌碘电池的实际应用。尽管研究人员已尝试多种策略（如开发宿主材料、优化电解液等）来分别应对这两个挑战，但能在一个体系中协同解决正负极界面问题的方案仍然稀缺。

近日，来自中国科学技术大学的骆天治教授、毛磊教授与电子科技大学的赵攀峰教授合作，在国际知名期刊Small上发表题为“Conquering Shuttle Effect and Dendrites Synergistically: A Zwitterionic Bacterial Cellulose Hydrogel Electrolyte for Ultralong-Lifespan Zn–I2 Batteries”的研究文章。该文章设计并报道了一种新型的聚两性离子细菌纤维素水凝胶电解质（SBC），该电解质通过精妙的分子结构设计，成功实现了对锌碘电池正极和负极界面的同步优化。文章深入分析了SBC电解质如何通过其独特的化学结构抑制多碘化物穿梭并引导锌均匀沉积，最终使锌碘电池实现了超过20,000次的超长循环寿命。

研究团队在机械性能优异的细菌纤维素骨架中，原位聚合了同时携带亲碘的季铵阳离子 和亲锌的磺酸阴离子 的功能单体。这一设计使得SBC电解质具备双重功能：在正极侧，带正电的季铵基团能通过强静电作用力牢牢“锁住”多碘化物，有效抑制其溶解穿梭，并催化其转化反应；在负极侧，带负电的磺酸基团能优化Zn²⁺的传输并引导其沿(002)晶面进行致密、平整的外延沉积，从根源上抑制枝晶生长。

SBC电解质对多碘化物表现出卓越的禁锢能力。吸附实验和光谱分析显示，其季铵阳离子与多碘化物（尤其是I₃⁻）之间存在强烈的电荷转移和化学键合，结合能远高于普通材料，能像磁铁一样高效吸附并固定多碘化物。这使得电解液颜色变浅，穿梭效应被极大抑制，从而显著提升了活性物质的利用率和电池的库仑效率。

得益于上述协同优化机制，基于SBC电解质的电池实现了全方位的性能突破：锌对称电池在5 mA cm⁻²/5 mAh cm⁻²的苛刻条件下可稳定循环超过2500小时，展现出卓越的界面稳定性；更为引人注目的是，锌碘全电池在8C高倍率下历经20,000次循环后，每次循环的容量衰减率仅为0.006%，体现了其极致的循环寿命；此外，组装的柔性准固态电池在经受弯曲、折叠甚至剪切后仍能正常工作，强有力地证明了该电解质体系巨大的实用化潜力与应用前景。

Conquering Shuttle Effect and Dendrites Synergistically: A Zwitterionic Bacterial Cellulose Hydrogel Electrolyte for Ultralong-Lifespan Zn–I₂ Batteries”

骆天治教授简介：2007年博士毕业于美国约翰霍普金斯大学材料科学与工程系，随后在约翰霍普金斯大学医学院组从事博士后研究工作。2016年加入中国科学技术大学大学，现为工程科学学院近代力学系教授，附属第一医院兼职教授。长期从事生物力学和高性能复合材料的研究和开发。以通讯作者身份在Nature Materials, Cell Discovery, Chemical Engineering  Journal 等学术刊物上发表多篇研究论文。至今已发表论文70余篇。

毛磊教授简介：2012年在英国爱丁堡大学获得博士学位，2012-2018年先后在英国朴次茅斯大学和拉夫堡大学担任助理研究员。2018年加入中国科学技术大学，现为工程科学学院精密机械与精密仪器系教授。研究方向包括系统动态检测和数据处理技术、人工智能方法如深度学习、迁移学习等在新能源电池系统、智能制造设备中的应用。在Advanced Science等顶级期刊发表数十篇论文。现任中国振动工程学会故障诊断专业委员会理事和中国振动工程学会转子动力学专业委员会理事, 《机械工程学》期刊编委和Shock and Vibration特邀编辑。

赵攀峰教授简介：2005年博士毕业于中国科学技术大学近代力学系。2005-2021年在中国电科集团从事研究工作。2021年加入电子科技大学，现为材料与能源学院研究员。主要研究方向是主要科研方向为传感/能源器件材料功能与结构融合设计。在Chemical Engineering Journal和Small等高水平期刊发表论文数十篇。曾任中国电子科技集团公司平台研发中心副主任、国家某重大专项论证专家组成员、“高分”专项某平台系统总设计师。主持军口863课题、“高分”专项重大项目、“新一代”专项重点项目、原总装备部重大演示验证项目、国防科工局国产替代重大项目等课题。研究成果获军队科技进步一等奖1项等荣誉。

徐俊康现为中国科学技术大学博士研究生。以第一作者在Chemical Engineering Journal 和Small期刊已发表3篇锌离子电池的研究论文

（https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.166041 ；https://doi.org/10.1002/smll.202500124；https://doi.org/10.1002/smll.202507140）。