梁宇航副教授联合其他高校在水系锌碘电池电解液添加剂理论筛选方面取得新进展

近日，梁宇航副教授联合北京化工大学陈仕谋教授、杭州电子科技大学张雪峰教授等团队，在水系锌碘电池多功能分子理论筛选方面取得新进展。相关研究成果以“Bioinspired Molecular Screening of Zwitterionic Dipeptides for Stable Ah-Level Zinc–Iodine Batteries”为题，发表于国际知名期刊《Advanced Materials》。

水系锌碘电池具有安全、低成本等优势，但其发展受到锌负极界面不稳定和多碘化物穿梭效应的共同制约。针对传统电解液添加剂主要依赖经验试错、难以同时兼顾正负极界面调控的问题，该研究以理论计算为先导，提出基于分子偶极矩和最低未占据分子轨道（LUMO）能级的双描述符筛选策略，对44种天然氨基酸及二肽分子开展系统计算筛选，发现L-Carnosine（LC）在候选分子中具有最高的分子偶极矩，同时保持适中的LUMO能级，从而兼具较强的锌表面吸附能力和适宜的界面氧化还原活性，为多功能电解液添加剂的选择提供了明确的理论依据。

在此基础上，研究进一步结合密度泛函理论（DFT）、从头算分子动力学（AIMD）和经典分子动力学模拟，从原子尺度揭示LC调控锌负极界面的微观机制。理论计算表明，LC可通过多个N、O活性位点在锌表面形成稳定的多齿吸附，并在不同界面电势下保持良好的吸附稳定性，从而构筑贫水界面并抑制析氢和腐蚀反应。同时，LC对Zn(100)和Zn(002)晶面的吸附强于Zn(101)晶面，通过晶面选择性钝化引导锌沿Zn(101)取向优先沉积，为实验观察到的均匀锌沉积提供了理论解释。

在理论指导下，实验进一步证实LC可协同稳定锌负极和碘正极。采用该策略后，Zn||Zn对称电池稳定运行4980 h，Zn||I₂全电池循环超过18000次，Ah级软包电池在500次循环后仍保持85%的容量。

该工作建立了从分子描述符筛选—界面机理计算—动态行为模拟—实验验证出发的多尺度研究思路，为减少电解液添加剂开发中的经验试错、实现多功能分子的理性设计提供了理论计算框架。

福州大学化学学院梁宇航副教授、北京化工大学陈仕谋教授和杭州电子科技大学张雪峰教授为论文通讯作者。福州大学化学学院硕士研究生查方毅在理论计算方面作出了重要贡献。该研究得到国家自然科学基金等项目支持。

论文信息:“Advanced Materials (2026): e75095. https://doi.org/10.1002/adma.75095”