先进医疗保健电子设备对安全、无泄漏和小型化能源存储系统的特殊渴求，进一步激发了固态可充电电池领域。在已知的候选材料中，固态金属锌电池因负极独特的优势而备受关注，如生物相容性好、低成本（≈ $0.9 lb⁻¹）和高容量（5855 Ah L⁻¹，为锂电池的2.84倍）。以往对固态锌电解质的研究多集中于高极性聚合物基体，不幸地，高电荷密度的二价Zn²⁺与聚合物链之间更强的键合，极大地限制了其离子传输（室温电导率通常不超过10⁻⁷ S cm⁻¹）。显然，拥有优异Zn²⁺传导动力学的创新设计仍然是一个亟待解决的挑战。复合体系中离子渗流的异质界面，是构筑快速离子传输通道的一种选择，长期以来备受推崇，但这在多价固态离子导体中还罕有涉及。

最近，青岛科技大学的周新红副教授，中科院青岛生物能源与过程所的崔光磊研究员、赵井文副研究员合作，经过多年在多价离子传输方面的研究经验，提出了一种成核诱导高熵的乙酰胺/Zn(TFSI)₂共熔体结晶的锌离子固态电解质（ZCE）。结合实验和理论模拟证实，高熵共晶网络表现出高的混乱度，有助于削弱离子缔合，并在拥有丰富路易斯酸位点的TiO₂成核剂表面形成具有快速的Zn²⁺扩散动力学界面离子渗流通道。进而使得ZCE在30 °C时表现出高达3.78 × 10⁻⁵ S cm⁻¹的Zn²⁺电导率，超过传统聚合物2个数量级。

具体讲，通过路易斯酸碱相互作用，高度混乱的TFSI⁻阴离子会在TiO₂表面产生优先吸附，进而参与形成了空间电荷层。这个界面电场的产生有助于建立额外的离子跳跃型界面传导，MD模拟与DFT计算证实了这一理论。此外，在TiO₂表面上栓系TFSI⁻会重组相邻Zn²⁺的局部配位环境，表现为Zn²⁺-TFSI⁻离子缔合减弱，使得Zn²⁺易于在TiO₂表面的阴离子间跳跃。Zn²⁺的均方位移也为快速界面离子跳跃通道的形成提供了强有力的证据，D_interface = 1.196×10⁻⁵ m² s⁻¹ > D_bulk = 7.980×10⁻⁷ m² s⁻¹（D，扩散系数）。

ZCE中构建的快速离子传输通道改善了Zn²⁺的传输动力学，使得组装的固态Zn/V₂O₅电池环境温度下表现出优异的电化学性能（比容量高达134.7 mAh g⁻¹，平均库仑效率超过99.78%），进一步验证了ZCE的可行性与可靠性。与之前报道的固态锌电解质相比，作者的ZCE的显著优势是不仅在室温下，也在极端温度条件下（50 ℃和−10 ℃）支持固态锌电池的稳定运行。

本工作中，作者引入了结晶高熵共熔材料的概念，构筑了一种新型的固态电解质，重点解决了固态电池界面稳定性和多价离子传输的双重挑战。更关键的是，该巧妙的策略为增强多价固态导体的离子传输动力学提供了新的认识，为设计新型高性能多价固态电解质提供新的发展方向和理论支撑。

论文信息：

Eutectic Crystallization Activates Solid-State Zinc-Ion Conduction 

Huayu Qiu, Rongxiang Hu, Xiaofan Du, Zhou Chen, Jingwen Zhao,* Guoli Lu, Meifang Jiang, Qingyu Kong, Yiyuan Yan, Junzhe Du, Xinhong Zhou,* and Guanglei Cui*

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202113086