電池是現代社會不可或缺的能源載體，從智能手機、新能源汽車到大規模儲能系統，它的身影無處不在。
目前市場上最為常見的鋰離子電池，雖然能量密度高、技術相對成熟，卻也存在安全性挑戰和資源限制等問題。而“水系”電池，作為一種以水溶液為電解液的新型電化學儲能體系，憑借其高安全性、環境友好與低成本等優勢，正成為儲能領域的重要研究方向。
在中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大連化物所”），“90后”研究員朱凱月正是這一領域的青年探索者。她和團隊成功構建出一種新型水凝膠電解質膜，在鋅離子電池的正極與負極側均取得重要研究進展，顯著提升了電池的長期循環穩定性，為水系鋅電池的實用化推進提供了新思路。
然而，每一項創新成果的背后，往往都伴隨著無數次的嘗試與調整。朱凱月在科研道路上也曾屢遇挫折，但是她在“摸爬滾打”中也逐漸沉淀出屬于自己的“科研心法”：“保持好奇心和熱愛，但更要學會堅持。科研之路絕不會一帆風順，99%的時間可能都在面對失敗和困惑。化學很有趣，好奇心會讓你發現微觀世界的魅力。而熱愛與堅持，能讓你在無數次失敗后，依然有勇氣和智慧去尋找那1%的成功曙光。”
朱凱月。受訪者供圖
“拆電池”拆出的興趣
朱凱月的科學啟蒙并非始于宏大的實驗室裝置，而是來自生活中一件尋常物品——手電筒。
“小時候，一按開關，手電筒亮起的那一瞬間，總覺得特別神奇。”朱凱月回憶道。那時常用的碳鋅電池容易漏液，卻并未阻擋她探索的興致，反而激發了她動手拆解的念頭。“我喜歡把電池一層層剝開，就想看看里面到底是什么結構，怎么會產生這樣的‘魔力’。”
這份對日常現象的好奇，悄然鋪就了她走向科研的起點。朱凱月笑言，自己小時候性格偏靜，習慣獨自玩耍，無形中也鍛煉了她的專注與耐心。“很多事情都想弄明白，總愛問個為什么。”
童年那節小小的電池，像一位無聲的“引路人”，在她心中埋下了科學的種子。她不曾預料，多年后，電池竟真的成為她為之奮斗的事業，而兒時那種探求本質的渴望，也延續為科研路上不熄的動力。
大學階段，朱凱月進入鄭州大學化學系學習。畢業之際，站在人生的十字路口，她經過慎重考慮，最終選擇加入大連化物所作為科研夢想啟航的地方。
“大連化物所在國內化學與化工領域聲譽卓著，尤其在催化、化學激光、儲能等方向實力強勁。”她解釋道，“我大學期間就對能源化學非常感興趣，而大連化物所在燃料電池等方面所做的開創性工作，深深吸引了我。”
此外，研究所“銳意創新、協力攻堅”的學術氛圍，以及完善的實驗平臺，也令朱凱月心生向往。“我相信，良好的科研環境能為年輕人提供理想的成長土壤。”
羅馬神話中的“Janus”靈感
進入大連化物所后，朱凱月開始專注研究水系鋅基二次電池。初步了解這一領域后，她被其廣闊前景所吸引。
“當時鋰離子電池研究非常熱門，但它的安全性問題和資源限制也逐漸暴露出來。”朱凱月分析，“水系鋅電池最吸引我的有三點：本質安全、鋅資源豐富成本低，以及較高的理論容量。”她敏銳地意識到，在大規模儲能這個對成本和安全極度敏感的領域，水系鋅電池具有非常大的潛力，是一個充滿機遇的“藍海”。
然而，水系鋅電池的研究面臨諸多挑戰，尤其是鋅負極的枝晶生長和副反應問題，嚴重影響了電池的循環壽命。“我們一直在思考，能否設計一種新型結構，可以延長電池循環壽命呢？”轉機來自一次實驗中的偶然發現。
“我們實驗室有一瓶有機電解液，在潮濕空氣中放置了一個多月。后來用它組裝電池時，容量竟比之前高出兩倍多，穩定性也顯著提升。”這個“意外”讓朱凱月與團隊意識到，電解液中微量的水就足以支撐正極的高容量需求，而正極與負極對水分含量的要求其實并不相同。
“這一現象讓人聯想到羅馬神話中的雙面神Janus——兩面各有功能，卻又和諧統一。”她描述道，“我就想能不能制備一種膜，一面疏水，緊密貼合鋅負極抑制枝晶；另一面親水，為正極提供充足容量。與此同時，膜內部還可以設計梯度孔道，以此保障離子快速傳輸。”
在一次組會中，同組的科研人員正在為傳統均質水凝膠無法兼顧抑制枝晶和快速傳質的矛盾而苦惱。“一位同事提到了一種梯度聚合的技術，我突然想到，是否可以將這種‘梯度’概念與‘Janus’的不對稱性結合起來？這個給我們后續的實驗提供了靈感。”朱凱月說，
然而，從構思到實現充滿挑戰。制備具有梯度孔道的水凝膠膜，關鍵在于如何在膜內實現從致密到疏松的連續結構變化。“初期制備的膜結構不均、重復性差。”她回憶道。團隊不斷調整單體濃度、交聯劑比例、聚合溫度與時間等參數，并借助掃描電鏡、X射線三維成像等手段，對每一批樣品進行細致分析，持續優化工藝。
最終，一種兩面親疏水性不同、截面呈梯度孔道結構的Janus水凝膠電解質膜成功問世。這項突破不僅顯著提升了鋅離子電池的循環穩定性，更為電解液設計提供了新思路，深化了人們對于電池反應機理與離子傳輸行為的理解。
既要“低頭拉車”也要“抬頭看路”
除了在電解質設計上取得突破，朱凱月與團隊在鋅負極研究方面也實現了重要進展。
她們創新性地利用陰離子表面活性劑調控電極界面，增強對鋅離子的吸附作用，成功制備出具有高Zn(002)晶面取向的無枝晶鋅負極，并進一步提出以“靜電吸附強度”作為快速篩選電解液添加劑的初步標準。
“這一思路來源于我們對鋅沉積本質的深入思考。”朱凱月解釋道，“我們在實驗中發現，在堿性電解液中鋅容易形成枝晶，而在近中性環境中其沉積形貌則大為改善。分析發現，不同條件下鋅離子的帶電狀態不同，導致其與電極表面的靜電作用存在明顯差異。因此，我們嘗試用‘靜電吸附強度’這一物理化學參數來量化界面相互作用，將其發展為一種快速、普適的篩選方法，從而擺脫傳統‘試錯法’的局限。”
而對于朱凱月來說，研究電池最關鍵的一步，就是能看著自己的成果真正投入使用。“我們正積極推動與產業界的合作，希望盡快完成技術驗證和落地。”她坦言，“目前最大的挑戰是如何在放大生產后，仍能保持實驗室級別的優異性能，確保其穩定性和一致性。這涉及工藝升級、成本控制和長期可靠性評估，是我們當前重點攻關的方向。”
面向未來，朱凱月和團隊也有更大的目標：實現“本征安全、高能量密度的大容量軟包電池長期穩定循環”。他們正在優化電池結構設計，推進器件級別的集成與示范，希望能用于電動自行車動力電源和家庭儲能電站等實際場景。
從兒時好奇拆解電池的小女孩，成長為在水系鋅電池領域深入探索的青年科研學者，朱凱月對科研之路有了更深的體會。她至今仍記得在研究中遇到與文獻報道不一致時的困惑與思索。這些挑戰不僅豐富了她的知識儲備，更逐漸讓她明白：既要低頭拉車、勤奮實驗，也要抬頭看路、深入思考；甚至在某些時刻，要學會“保持懷疑”與“靈活繞行”。
“這樣才能在不斷的探索中走出一條屬于自己的創新路徑。”朱凱月說。
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