朱凯月 受访者供图

■本报记者 孙丹宁

如今，从智能手机、新能源汽车到大规模储能系统，电池的身影无处不在。

目前市场上最常见的是锂离子电池，虽然其能量密度高、技术相对成熟，却仍面临安全性和资源限制等问题。而作为一种以水溶液为电解液的新型电化学储能体系，“水系”电池凭借高安全性、环境友好与低成本等优势，正成为储能领域的重要研究方向。

在中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所），“90后”研究员朱凯月正是这一领域的探索者。她和团队成功构建出一种新型水凝胶电解质膜，在锌离子电池的正极与负极侧均取得重要突破，显著提升了电池的长期循环稳定性，为水系锌电池的实用化推进提供了新思路。

每一项创新成果的背后，往往伴随着无数次尝试与调整。朱凯月在科研道路上也曾屡遇挫折，但她在“摸爬滚打”中逐渐沉淀出一套“科研心法”。“保持好奇心和热爱，更要学会坚持。科研之路绝不会一帆风顺，99%的时间可能面对失败和困惑。化学很有趣，好奇心会让你发现微观世界的魅力。而热爱与坚持，能让你在无数次失败后，依然有勇气和智慧去寻找那1%的成功曙光。”

“拆”出来的科研兴趣

朱凯月的科学启蒙来自生活中一件寻常物品——手电筒。“小时候，一按开关，手电筒亮起的那一瞬间，总觉得特别神奇。”朱凯月回忆，“我好奇地把电池一层层剥开，想看看里面到底是什么结构，怎么会产生这样的‘魔力’。”

朱凯月笑言，她小时候性格文静，习惯独自玩耍，无形中也锻炼了专注与耐心。“很多事情都想弄明白，总爱问个为什么。”

童年那节小小的电池就像一位无声的“引路人”，在她心中埋下科学的种子。她不曾预料，多年后，电池竟真的成为她为之奋斗的事业，而儿时那种探求本质的渴望也延续为科研路上不竭的动力。

大学阶段，朱凯月进入郑州大学化学系学习。毕业之际，她经过慎重考虑，最终选择加入大连化物所。“大连化物所在催化、化学激光、储能等方向实力强劲。我大学期间就对能源化学非常感兴趣，而大连化物所在燃料电池等方面所做的开创性工作，深深吸引了我。”朱凯月说。

此外，大连化物所“锐意创新、协力攻坚”的学术氛围，以及完善的实验平台，也令朱凯月心生向往。“我相信，良好的科研环境能为年轻人提供理想的成长土壤。”

来自双面神Janus的灵感

进入大连化物所后，朱凯月开始专注研究水系锌基二次电池。

“当时锂离子电池研究非常热门，但它的安全性问题和资源限制也逐渐暴露出来。”朱凯月分析，“水系锌电池最吸引我的有三点：本质安全、锌资源丰富成本低、较高的理论容量。”她敏锐地意识到，在大规模储能这个对成本和安全极度敏感的领域，水系锌电池具有非常大的潜力，是一个充满机遇的“蓝海”。

然而，水系锌电池的研究面临诸多挑战，尤其是锌负极的枝晶生长和副反应问题，严重影响了电池的循环寿命。“我们一直在思考，能否设计一种新型结构，延长电池循环寿命。”

转机来自一次实验中的偶然发现。

“我们实验室有一瓶有机电解液，在潮湿空气中放置了一个多月。后来用它组装电池时，容量竟比之前高出两倍多，稳定性也显著提升。”这个“意外”让朱凯月与团队意识到，电解液中微量的水就足以支撑正极的高容量需求，而正极与负极对水分含量的要求其实并不相同。

“这一现象让人联想到罗马神话中的双面神Janus——两面各有功能，却又和谐统一。”朱凯月说，“我就想能不能制备一种膜，一面疏水，紧密贴合锌负极抑制枝晶；另一面亲水，为正极提供充足容量。与此同时，膜内部还可以设计梯度孔道，以此保障离子快速传输。”

在一次组会中，同组的科研人员正在为传统均质水凝胶无法兼顾抑制枝晶和快速传质的矛盾而苦恼。“一位同事提到了一种梯度聚合的技术，我突然想到，是否可以将这种‘梯度’概念与‘Janus’的不对称性结合起来？这给我们后续的实验提供了灵感。”朱凯月说。

然而，从构思到实现充满挑战。制备具有梯度孔道的水凝胶膜，关键在于如何在膜内实现从致密到疏松的连续结构变化。“初期制备的膜结构不均、重复性差。”她回忆说。团队不断调整单体浓度、交联剂比例、聚合温度与时间等参数，并借助扫描电镜、X射线三维成像等手段，对每一批样品进行细致分析，持续优化工艺。

最终，一种两面亲疏水性不同、截面呈梯度孔道结构的Janus水凝胶电解质膜成功问世。这项突破不仅显著提升了锌离子电池的循环稳定性，更为电解液设计提供了新思路。

既要“低头拉车”，也要“抬头看路”

除了在电解质设计上取得突破，朱凯月与团队在锌负极研究方面也实现了重要进展。

团队创新性地利用阴离子表面活性剂调控电极界面，增强对锌离子的吸附作用，成功制备出具有高Zn（002）晶面取向的无枝晶锌负极，并进一步提出以“静电吸附强度”作为快速筛选电解液添加剂的初步标准。

朱凯月说：“我们在实验中发现，在碱性电解液中，锌容易形成枝晶，而在近中性环境中，其沉积形貌则大为改善。分析发现，不同条件下锌离子的带电状态不同，导致其与电极表面的静电作用存在明显差异。因此，我们尝试用‘静电吸附强度’这一物理化学参数来量化界面相互作用，将其发展为一种快速、普适的筛选方法，从而摆脱传统‘试错法’的局限。”

对朱凯月来说，研究电池最关键的一步就是成果能够投入使用。“我们正积极推动与产业界的合作，希望尽快完成技术验证和落地。”她坦言，“目前最大的挑战是如何在放大生产后，仍能保持实验室级别的优异性能，确保其稳定性和一致性。这涉及工艺升级、成本控制和长期可靠性评估，是我们当前重点攻关的方向。”

面向未来，朱凯月和团队有更大目标：实现“本征安全、高能量密度的大容量软包电池长期稳定循环”。他们正在优化电池结构设计，推进器件级别的集成与示范，希望用于电动自行车动力电源和家庭储能电站等实际场景。

从儿时好奇拆解电池的小女孩成长为在水系锌电池领域深入探索的青年学者，朱凯月对科研之路有了更深的体会：既要低头拉车、勤奋实验，也要抬头看路、深入思考；甚至在某些时刻，要学会“保持怀疑”与“灵活绕行”。“这样才能在不断的探索中走出一条属于自己的创新路径。”她说。