锌离子电池因其较高的理论能量密度、高安全性、低成本以及环境友好等优势而引起了广泛关注，有望被应用于下一代大规模储能领域。然而，传统的锌离子电池采用以水为溶剂的电解液，极性水分子由于内在的热力学不稳定性引发析氢等一系列副反应。同时，不均匀锌沉积导致的锌枝晶会造成电池短路，进而引发电池安全问题，严重阻碍锌离子电池的商业化发展。开发具有高稳定性的固态电解质代替传统水系电解液是针对性解决以上问题的有效方法。然而，由于二价锌离子具有较高的电荷密度，与周围的路易斯碱位点之间存在较强的相互作用，使其在电解质材料中很难实现高效传导。因此，为了加快锌离子电池的实用化进程，开发具有高离子输运特性的锌离子固态电解质材料迫在眉睫，但存在巨大的挑战。

针对上述问题，徐吉静教授课题组基于空间限域策略开发了一种共晶电解质和金属有机框架材料杂化的新型固态电解质（DEE@PCN-222），揭示了空间限域对于提高锌离子电导率的作用原理和锌离子输运机制，并构筑了高安全性固态锌离子电池。得益于内部丰富的离子传输通道和孔道对大体积共晶电解质的空间限域效应，DEE@PCN-222 展现出高达3.13×10−4 S cm−1 的离子电导率、0.12 eV 的活化能和0.74 的Zn2+迁移数，以及优异的化学/电化学稳定性。同时，DEE@PCN-222能够通过其内部规则的离子传输通道诱导锌离子均匀沉积，可有效抑制锌枝晶的生长，避免电池短路引发的安全问题。基于该电解质的锌/锌对称电池的循环时间超过2500 小时，固态锌电池稳定充放电循环超过500 次。DEE@PCN-222 固态电解质的成功研发，可同时解决制约锌离子电池发展的锌负极枝晶/析氢和锰基正极溶出两大科学难题，为发展下一代高安全可实用化锌离子电池提供思路和关键材料。相关研究成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.杂志（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, DOI:10.1002/ange.202410208）。

金属有机框架空间限域共晶电解质材料的合成示意图。