西北广袤而苍劲的土地上，中石油技术专家正在开展紧张的油气勘探开发项目。一间彩板房，半屋黄沙飞。白天烈日灼灼、晚上寒风习习，极端勘探环境下最不能缺的资源之一，莫过于电。

在偏远的矿井，电从何而来、可持续地支持生产生活？

其实，这可以通过大规模光储一体化建设来实现：储能电站与光伏电站协同运行，加大资源转化利用效率，提升电网稳定性，减少“弃光”现象。

在浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心），就有这样一支团队，他们深耕固定式电池储能场景研究，并已将最前沿成果搬上了生产线、用到了祖国大地。

近期，科创中心程豪研究员团队、联合陆盈盈教授团队在水系锌卤素电池领域取得了新突破——提出基于四甲基季铵阳离子（TMA⁺）与卤素阴离子协同改性策略。用双离子“组合拳”，显著抑制了锌卤素电池中聚卤素离子穿梭效应和锌枝晶生长，为提升电池能量效率与循环寿命提供了新路径。相关研究发表于《Nature Communications》。

问题起源：电池安全性与能量效率/循环寿命

"双碳"战略全面推进背景下，实现可再生能源的高比例并网成为关键任务。这不仅需要构建具备灵活调峰、调频能力的智能电网体系，更考验储能技术的研发运用。

然而电池安全犹如高悬的“达摩克利斯之剑”，始终制约着产业规模化发展，近年来国内外电池储能系统爆炸事故屡见不鲜。

因此，电池储能领域把目光投向了“更乖的电池”，水系电池。“喝水的电池”不怕火。其中水系锌卤素电池凭借原材料成本优势，正成为高安全电池储能的优选方案。

安全性的问题解决了，但水系锌卤素电池也有“小缺点”——能量效率低以及循环寿命受限，不擅长完成电网储能、备用电源这些“耐力型”任务。在实际应用中，锌枝晶生长导致的循环寿命衰减、活性物质穿梭效应引发的能量效率下降，仍是制约技术商业化的关键瓶颈。突破这些技术壁垒，犹如为储能系统打造更强劲的"心脏"。

核心发现：阳离子与卤素阴离子的协同增效机制

团队的研究中，锌卤素电池里的四甲基季铵阳离子（TMA⁺）化身 “分子捕手”，通过形成固相络合物牢牢抓住聚卤素阴离子，成功抑制了穿梭效应。当与不同卤素阴离子（F⁻、Cl⁻、Br⁻）搭配组成TMAX添加剂时，F⁻的加入犹如为电化学反应按下 “加速键”：其参与形成的TMAI2X卤素间化合物，大幅降低了转化能垒，让电化学反应动力学实现提升。TMA⁺还兼具 “负极守护者” 角色，它在锌负极表面搭建起阳离子静电屏蔽层，促使 Zn (101)晶体整齐排列，从而遏制枝晶生长，为电池长寿奠定基础。

阳离子驱动相变和阴离子增强动力学策略示意图

电池性能跃升：高效率与长寿命双突破

在TMAF改性电解液的助力下，锌-卤素电池展现出 “硬核” 实力：低电流密度下循环1000次，能量效率超95%，容量衰减速率每循环低至0.1%；高电流密度下历经10000次循环，容量衰减速率每循环低至0.1‰。

“这是什么概念呢？”程豪解释道，“只要类比看看，手机电池一般是历经1000圈循环（3年左右），容量衰减至70%-80%左右，这样一想就能体会到改性后的锌-卤素电池长寿耐用了。”

锌-卤素电池效率和寿命提升

从机理突破到应用展望

当前团队研究正向工程化领域延伸。程豪分享道：“我们在科创中心已经搭建起5-20KWh锌卤素电池电堆，正在进行电池体系的放大与工程化验证。这些进展标志着锌卤素电池技术正从实验室机理创新，向工程验证与产业转化关键阶段跨越。”

5 kWh (左一、左二)和20 kWh（右一）锌卤素电池系统

如今，风光储一体化项目加速落地、电网大规模调峰/调频需求日益迫切，清洁电力“随取随用”的全天候守护正从愿景走向现实。“我们将聚焦大规模锌卤素电池的性能优化，通过电解液配方迭代、电极结构设计与系统集成创新，研发能量效率更高、循环寿命更长的高安全电池储能技术。”陆盈盈说。