近日，辽宁大学化学院黄子航副研究员团队在国际顶级期刊Advanced Materials（校A⁺期刊，中科院一区top，影响因子27.4）发表题目为“Electrolyte Engineering: Challenges and Opportunities for Next-Generation Aqueous Ammonium-Ion Batteries”的综述论文，文章第一署名单位为辽宁大学。

【论文简介】

水系铵离子电池凭借其本征安全、环境友好以及铵离子资源丰富等优势，已成为后锂离子储能技术的有力竞争者。铵离子具有较小的水合离子半径和低摩尔质量，其独特的氢键化学赋予电解液极高的离子电导率，从而实现优异的倍率性能。然而，与传统水系金属离子电池不同，铵离子电池电解液的富氢键环境构成一个根本性设计困境：氢键网络既是铵离子快速传输的结构基础，同时也会加速水分解反应，严重制约电解液的电化学稳定窗口。这一矛盾使得铵离子电池电解液的设计必须在快速离子传输与电解液稳定性之间寻求平衡。

针对这一领域核心难题，该综述首次全面系统地剖析了水系铵离子电池电解液中氢键网络的双重作用机制，深入阐释了其对离子传输动力学与电解液稳定性的双重影响，并系统梳理与评估了当前六大类主流电解液设计策略，最终从四个前沿方向展望了领域未来发展路径。该工作为下一代高性能水系铵离子电池的电解液理性设计提供了完整的理论框架与重要的研究参考，有望加速水系铵离子电池技术的实用化进程。

研究团队首先阐明了铵离子在电解液中的独特溶剂化结构与储能机理。与金属离子通过配位键形成的稳定六水合溶剂化层不同，铵离子通过N-H×××O氢键与水分子结合，形成松散堆积的NH₄⁺(H₂O)₄溶剂化结构。这种低空间位阻的构型赋予铵离子更快的旋转和扩散能力，以及更低的脱溶剂化能垒。此外，铵离子的水解反应可原位生成H⁺，质子沿连续水分子氢键链的Grotthuss机制传输，进一步提升了体系的倍率性能。与此同时，富氢键环境也带来了电解液热力学不稳定性的核心挑战。铵离子的Lewis酸性会促使电极界面处H₃O⁺生成，活性溶剂化水分子在电极表面富集并诱发析氢反应；而连续的水分子氢键网络通过稳定H₂O 结构、促进质子沿氢键链转移、调控界面电荷分布三重作用，加速了水分解动力学，最终导致电化学稳定窗口收窄、电极材料溶解与结构退化等一系列问题。针对上述设计困境，文章系统评述了阴离子工程、浓度调控、pH调节、有机共溶剂设计、添加剂工程、半固态电解质构建六大类电解液工程策略及其权衡机制。

最后，文章从四大前沿方向展望了领域未来发展：一是构建多反应耦合的新型电池体系，拓展储能机制与应用场景；二是发展电极-电解液界面微环境模拟技术，从原子层面揭示界面过程机理；三是开发机器学习辅助的电解液智能设计，加速新型电解液组分的筛选与发现；四是探索可持续铵源供给与电解液循环技术，实现全生命周期的环境友好。

【文章链接】https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.74782

【期刊介绍】

《先进材料》(Advanced Materials)是Wiley出版社旗下材料科学领域的旗舰期刊与顶级学术刊物，自1988年创刊以来，始终引领着全球材料研究的创新前沿。该刊以发表具有高度原创性和突破性科学意义的研究著称，对成果的创新性、影响力及应用价值有极高要求。专注于刊载能开辟新方向、解决关键难题或推动交叉融合的前沿成果。其内容横跨化学、物理、生物、工程及纳米科技等多个领域，其成果往往代表该领域最高水平并引领未来趋势。

【作者简介】

学生一作：刘晓宇，辽宁大学化学院2024级硕士，主要从事水系储能电池电解液及电极材料的研究。

通讯作者：黄子航，辽宁大学化学院副研究员，沈阳市领军人才，辽宁省科技奖自然科学一等奖获得者，美国加州大学访问学者。主要从事电化学储能的研究工作，涉及水系铵离子电池、水系锌离子电池、质子电池、超级电容器等。以第一、通讯、共同作者在PNAS、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、ACS Energy Letters、Advanced Energy Materials、Nano-Micro Letters、Advanced Functional Materials、ACS Nano等国际知名期刊上发表SCI论文40余篇，其中ESI前1%高被引论文2篇，封面论文2篇。主持国家自然科学基金和省市校级基金等共11项，申请专利30余件，获得沈阳市自然科学学术成果一等奖1次，二等奖1次，优秀奖2次。