中山大学「国家杰青」侯仰龙/张隆最新AEM丨多尺度计算解析水凝胶电解质锌电池！

水系锌金属电池因其高安全性、资源丰富和环境友好而备受关注，但锌负极的枝晶、析氢、腐蚀等问题以及正极的活性物质溶解、穿梭效应等限制了其应用。水凝胶电解质结合了液态和固态电解质的优点，能缓解部分问题，但自身仍存在机械强度不足、界面阻抗高、温度敏感等挑战。传统实验难以揭示从原子相互作用到宏观性能的跨尺度联系。该综述系统讨论了多尺度计算（包括DFT、HF、MD和有限元模拟）在揭示水凝胶电解质微观机制中的作用，涵盖电子/原子、分子和宏观三个尺度。文章从电化学和物理性质解析水凝胶电解质的核心属性，并深入分析了负极界面过程（如Zn²⁺溶剂化、去溶剂化、扩散、成核/生长及副反应）和正极界面问题（如嵌入型与转化型材料的副反应和穿梭效应）。最后，展望了结合机器学习构建多尺度计算框架的前景，以加速高性能水凝胶电解质的设计和AI for science的发展。