在国家自然科学基金、科技部国家重大专项子课题及重庆市技术创新与应用发展重点等项目的资助下，重庆大学国家储能技术产教融合创新平台电化学储能中心李猛教授、郑玉杰副教授等人团队2025年在水系电化学储能界面传质仿生调控领域取得系列新进展。近日，英国皇家化学学会旗舰期刊Chemical Science在线刊登了平台团队在水系超电容固液微界面调控方向的工作（英文题目Bio-Inspired Ion Channels for Suppressing Interfacial Parasitic Reactions and Enabling Low-Energy Ion Desolvation in Aqueous Supercapacitors）。研究人员受细胞膜离子通道"高效选择性传输特性"的启发，通过构建仿生电极界面来调控水合离子的传输特性有望抑制水系超电容界面活性水分子的分解，提高界面的稳定性，使器件电压窗口有效拓宽（Chem. Sci., 2025,16, 16757）。

生物离子通道能够高效促使水合离子脱溶，从而加速脱溶后的离子在膜内的传输。特别是链霉菌的钾离子通道，具有四聚体结构，其带负电的羧基为钾离子提供静电势，使钾离子顺利进入通道并快速传输。在孔径限域效应和静电效应得协同作用下，钾离子在通道内的输运速率可达1亿个离子每秒。课题组发现这种自然进化所形成的极低能耗离子传输机制可为解决水系储能中的界面溶剂化问题提供全新的思路。在该思路的启发下，近年来团队围绕仿生离子通道的设计、制备及传输机制，开展了系统性的研究探索，致力于提升水系电化学储能器件（水系超电容和水系电池）稳定性和整体性能。在平台的支持和团队的持续努力下，2025年相关成果连续发表于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 5943)、《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 202424184)、《美国化学会纳米》(ACS Nano, 2025, 19, 2427)、《先进科学》(Adv. Sci., 2025, 11, 2404968)等国际顶尖期刊。2025年研究团队主持完成的《固液微界面能质转换与传输机制》项目获重庆市自然科学二等奖。

图1 （A）仿生离子通道启发的水系超级电容器界面调控策略（B）仿生离子通道MOF膜修饰实现水系电化学窗口拓宽（C）高DN电解质添加剂的机器学习技术对电池界面优化机制（D）Ert添加剂的电池电极界面保护策略

图2：水系软包电池样品的充放电工作演示

在水系电化学储能技术攻关方向上，团队取得持续突破：通过电极材料创新优化，成功组装出稳定电压窗口达2.4V、能量密度50 Wh/kg的单体水系电化学储能器件，完成软包电池样品的充放电工作演示，核心性能指标稳步实现储能平台研发目标。同时团队2025年联合新能源企业申报的重庆市产业重点项目 “高安全低成本钠离子电池”获批立项，有望将仿生界面调控的思想落地转化。项目以水系/固态电解质体系本质安全、钠资源低成本的双重优势，破解传统储能电池的安全隐患与成本痛点，为项目产业化推进提供了核心技术支撑。团队近年来成果有效地支撑了平台发展，加快了技术的转化落地，助力重庆构建 “416”科技创新高地，为区域储能产业高质量发展注入新的动能。

相关论文原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/sc/d5sc04992j

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.4c15443

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c13312

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202424184