随着电化学储能需求的增长，水金属电池（AMBs）因其低成本、本质安全、高能量密度的生态友好性而备受关注。AMBs已经用于便携式电子产品，但它们在极端环境（例如，极地和航空航天环境）中的性能受到电解质相变的限制。水溶液电解质的热稳定性取决于分子间相互作用形成的溶剂化/配位结构。在低温条件下（<-20℃），溶解能升高会阻碍离子的迁移，而自由水分子间氢键（HB）的增强会诱导结晶。在高温下（＞60℃），弱化的溶剂化结构可能导致溶质分解和寄生反应。因此，调控分子间相互作用以优化配位环境对于在宽温度下可靠运行的电解质至关重要。

  目前已经提出了各种策略来克服AMBs宽温度适应性的困境，但优化电解质仍然是一个核心挑战。目前的策略主要可以分为两类：一是使用高浓或高极性分子等添加剂降低电解质的凝固点，这类添加剂被用来调控分子间相互作用和重塑配位环境，打破原有的氢键网络。但这类方法面临着粘度和成本升高的问题，并且可能不适用于高温环境。二是使用阻燃剂、热稳定盐或固态电解质抑制电解液的蒸发并提高安全性。但该方法也只能在较窄温度区间有效。总的来说，许多方法只能在狭窄的温度窗口内工作，并且严重依赖于成分调整，通常没有明确分子相互作用如何控制热稳定性的机制。因此，设计宽温电解质需要系统地调控分子水平的相互作用和配位结构，以平衡低温和高温性能。

  鉴于此，郑州大学赵瑞正/周震教授团队提出了一种“适度的溶剂化结构”，通过调控分子间相互作用达成在极端温度下动力学和热力学的平衡，实现了水系金属电池宽温下的稳定运行。这一策略并不局限于某种类型的AMBs的调控，也不局限于高温或低温。这种调控策略的目标是溶剂、阳离子和阴离子之间相互作用的微妙平衡，而不是依赖于一维的分子间力修饰或特定类型的AMBs的选择性调整。此外，该方法不仅局限于提高电池在高温或低温下的性能，还可以应用于宽温度下。我们系统地研究了控制机制，综合了在宽温度范围内稳定性能的设计策略，并为指导未来宽温度AMBs的发展提供了实用建议。

  其成果以题为“Electrolyte Coordination Environments in Wide-Temperature Aqueous Metal Batteries: Mechanisms and Design Strategies”在Chemical Science期刊发表的综述论文，团队研究生张珈硕为论文第一作者，赵瑞正副教授和晁栋梁教授为共同通讯作者。本研究得到了中国国家自然科学基金、中国国家重点研发计划、河南省优秀青年基金、中原关键金属实验室、上海市科学技术委员会、上海人才发展资助项目、中国博士后科学基金、河南省高等教育机构重点研究项目、青海大学盐湖化学工程研究基地开放项目、郑州大学研究生自主创新项目、郑州大学大学生创新创业训练计划项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1039/D5SC08605A

作者简介：

  张珈硕（第一作者），毕业于河南科技大学，于2024年获得学士学位。现就读于郑州大学化工学院材料与化工专业，主要从事水系锌基电池电解液设计的研究。

  赵瑞正（通讯作者），郑州大学化工学院副教授，硕士生导师。入选上海市人才发展资金资助项目和河南省优秀青年科学基金等人才支持计划。2015年本科毕业于东北林业大学，同年保送山东大学硕博连读，师从国家杰青尹龙卫教授，2020年获得博士学位。2021年1月加入复旦大学赵东元院士/晁栋梁教授从事博士后研究。2022年12月加入郑州大学化工学院教育部“长江学者奖励计划”周震教授团队。长期致力于高比能二次电池和高安全低成本新型水系储能器件界面化学研究。先后主持国家自然科学基金项目、河南省中原关键金属实验室“高峰”攀登计划优秀青年科学家和河南省科技联合研发基金等省部级课题10余项。近五年来，以第一作者/通讯作者身份在Natl. Sci. Rev.、Adv. Mater.、Matter、Energy Environ. Sci.等上发表论文20余篇，累计引用5100余次，相关成果被国内外著名学者和产业界重点关注。此外，积极推进产-学-研成果转化，申请中国专利10余项，其中已授权5项。曾担任Nano-Micro Lett.、Nano Res. Energy、Battery Energy、Rare Met.、Exploration、Carbon Neutralization、EcoEnergy和稀有金属等国产期刊青年编委，曾获得上海市“超级博士后”激励计划（2021）、上海市博士后创新创业大赛优胜奖（2022）、首届世界能源材料大会优秀学术报告奖（2023）、第一届水系电池国际研讨会最佳论文奖（2024）、Journal of Materials Chemistry A新锐科学家（2025）和河南省科技论文二等奖(2025)以及第12届中国研究生能源装备创新设计大赛国家级三等奖、中国国际大学生创新大赛（2025省级银奖、2024省级银奖、2023国际级铜奖）、第十七届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛省级特等奖、第十九届iCAN大学生创新创业大赛（2025国家级三等奖、2025省级一等奖）等优秀指导老师等荣誉。欢迎访问个人主页：https://www5.zzu.edu.cn/hxgc/info/1102/4338.htm

  周震（通讯作者），山东龙口人。长江学者、享受国务院政府特殊津贴专家。主持国家重点研发计划项目课题和国家自然科学基金重点项目等研究。通过高通量计算、实验与机器学习相结合揭示电化学储能新机制，设计系列锂/钠离子电池固态电解质和电极材料，构筑可充电Li-CO2电池储能新体系。在国内外期刊发表论文350余篇。论文被引用52000余次，h-index为129。2014-2025年连续12年入围“爱思唯尔”中国高被引学者榜。2018-2025年连续8年入选“科睿唯安”全球高被引科学家。2020年入选英国皇家化学会会士(FRSC)。现为Journal of Materials Chemistry A和Green Energy & Environment等期刊副主编、Journal of Power Sources编辑以及Batteries & Supercaps和《中国稀土学报》等期刊编委以及中国电子学会化学与物理电源技术分会第八届委员会委员、中国化学会理论化学专业委员会委员、中国自然资源学会资源循环利用专业委员会委员和河南省委决策咨询委员会委员。