（通讯员：吕银飞）近日，西安电子科技大学机电工程学院系统控制与自动化团队在国际顶级期刊《Advanced Materials》（中科院一区TOP，IF=26.8）上合作发表最新研究成果，通过数据驱动电解质设计，为水系锌电池实现了万次稳定循环。论文题目为《Data-Driven Cation Engineering Guides Electrolyte Design for Sustainable Aqueous Zinc Battery Chemistry》。SCA团队与加拿大阿尔伯塔大学Xuesong Xie教授（第一作者）团队合作，负责并完成了其中核心的数据建模与算法设计。第二作者与第三作者分别为机电工程学院博士研究生吕银飞与任获荣副教授。

该工作获加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）联盟基金、阿尔伯塔创新基金、NSERC探索基金等项目资助。在我校“国家外国专家项目”引进专家Witold Pedrycz教授与CSC合作导师Xuesong Xie教授的联合指导下完成，博士生吕银飞在访学期间主导完成了核心创新——数据驱动的多尺度分析框架。该框架为阳离子工程电解质的设计提供了强大工具，成功抑制了水系锌离子电池中钒氧化物阴极的溶解问题，为实现长寿命、低成本锌基电池提供了全新的设计范式。

研究背景

水基锌电池是一种容量大、安全性高的可充电电池，2018年研制成功以来，被视为锂电池的潜在替代技术之一，可用于消费电子产品、电网存储单元或家庭太阳能存储系统，在航空航天、深海探测及军事等极端环境领域也极具应用潜力。

创新突破

如何跳出传统“试错”模式的窠臼，从根本上实现材料创新设计？研究团队给出的答案是：以数据驱动设计替代经验依赖和主观推测。团队开发的核心是一个创新的数据驱动多尺度分析框架。首先，依托高性能计算与密度泛函理论（DFT）模拟，解析基础离子与电极材料之间的微观相互作用；随后，借助小波变换对复杂宏观电化学信号进行“解码”，提取关键动力学特征；最终结合统计模型实现客观决策。该方法首次建立了从微观机理到宏观性能的可解释性设计桥梁。基于这一框架，团队精准预测并实验验证了一种全新的Na⁺–Mg²⁺–Zn²⁺三阳离子电解质体系（NMZ），为破解新型储能电池长寿命难题提供了原理性解决方案。

研究表明，NMZ电解质可诱导一种电位驱动的顺序离子插入路径，即Na⁺、Mg²⁺和Zn²⁺依次参与反应，从而从源头上抑制了两类关键失效过程：一是在1.3V以上引发结构破坏的质子嵌入，二是在约1.0V附近导致钒溶解的水合Zn²⁺嵌入。基于该电解质组装的Zn/钒氧化物电池展现出卓越的电化学可逆性和创纪录的长循环稳定性：在0.2Ag⁻¹下可稳定循环500次（约1400小时），在5Ag⁻¹下可稳定循环高达10,000次。所开发的NMZ电解质体系在成本、安全性、环境友好性与综合电化学性能之间实现了优异平衡。

该研究不仅为通过离子工程与电化学调控提升电极材料插层稳定性提供了重要的数据驱动见解，揭示了以往常被忽视的关键离子相关因素，更重要的是，建立了一个具有可复用性和统计鲁棒性的通用设计框架。该框架可进一步拓展用于不同电池体系中电解质、正极和负极材料的设计，加速高性能储能材料的研发进程，并为新型储能技术的发展提供新的创新路径与设计思路。

此项成果是我校在储能材料与电化学工程领域取得的一项重要突破，不仅展示了学校在前沿基础研究与工程应用结合方面的强大实力，也体现了通过高水平国际合作与跨学科融合解决关键能源科学问题的有效路径。相关研究为开发下一代高性能、低成本水系锌基电池提供了创新理论与技术方案，也为我国实现“双碳”战略目标提供了重要的技术储备与人才支撑。