水系可充电电池因其本征安全性、环境友好性和成本效益等优势，成为储能领域的研究热点。其中，水系锌基电池虽备受关注，但锌负极因析氢腐蚀等问题严重制约了其循环可逆性。相比之下，铜(Cu)基电极凭借更高的氧化还原电位(Cu2+/Cu0= 0.34 V vs. SHE)可有效抑制HER，同时具有优异的理论比容量(质量比容量844 mAh g−1，体积比容量7558 mAh cm−3)，成为新一代水系电池的理想选择。
在此，四川大学何欣、代春龙、Hu Linyu团队系统考察了SO42−、ClO4−、Br−、CH3COO−、NO3−、Cl−六种铜盐阴离子的电化学作用机制。
研究发现，ClO4−能有效抑制Cu2O副产物生成和积累，有助于提高铜沉积/剥离可逆性和动力学。采用0.5 m Cu(ClO4)2电解液组装的Cu||Cu对称电池在1 mA cm–2的电流密度下显示出超过7000小时的循环稳定性。
进一步提高Cu(ClO4)2的浓度能够有效降低电解液的凝固点，其中3 m Cu(ClO4)2电解液有效平衡了水分子间的氢键和离子间静电相互作用能，凝固点达到−112 °C。首次基于双电镀策略组装了平面Cu-MnO2微型电池，在−60 °C的温度下实现了200次的稳定循环，可为小型用电器供能。
图1. 不同阴离子电解液的反应动力学研究
总之，该工作系统揭示了阴离子化学对铜电极电化学行为的影响机制，证实了ClO4−阴离子在提升水系铜基电池的可逆性、反应动力学及低温性能等方面具有重要作用。
(1) Cu(ClO4)2电解液有助于提高铜沉积/剥离动力学和可逆性，所组装的Cu||Cu对称电池在1 mA cm−2电流密度下实现了超过7000小时的稳定循环，优于目前报道的其它电解液体系。
(2)调控Cu(ClO4)2的浓度能够进一步优化电极的可逆性和电解液的抗冻性，其中3 m Cu(ClO4)2的凝固点达到−112 °C。
(3)首次组装了Cu-MnO2柔性微型电池，能够稳定循环超过370圈，容量衰减率仅为0.004%，在−60℃下能够稳定循环200圈并为小型用电器供能。因此，该工作为发展高效、耐用的水系电池提供了新思路，特别为极端环境下的微型能源器件开辟了道路。
图2. 双电镀Cu-MnO2微型电池的构建及其性能研究
Enhancing the kinetics and reversibility of copper batteries via anionic chemistry, Energy & Environmental Science 2025 DOI: 10.1039/d5ee00492f
代春龙，四川大学特聘副研究员，硕士研究生导师，入选四川大学“双百计划”，入选四川省高层次人才计划（2022）。师从曲良体教授（高端人才特聘教授，国家杰出青年基金获得者），目前以第一作者在Nat. Commun., Sci. Adv. , Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater. 等国际顶级期刊发表SCI论文13篇，累计影响因子256，其中高被引论文2篇，论文总被引2100余次。
何欣，特聘研究员，博士生导师，四川大学“双百人才计划”入选者。
工作及研究经历：
2017.01-2018.06，博士后研究员，德国亥姆霍兹研究所。合作导师为Martin Winter教授（Head of Institute），从事锂离子电池电解质材料的开发。
2018.07-2020.10，博士后研究员，美国劳伦斯伯克利国家实验室。合作导师为Robert Kostecki博士（Division Director），从事固态电池的研发及电池失效机理深入分析。
2020.12，加入四川大学化学工程学院，现为特聘研究员，博士生导师。
主要工作业绩：
相关研究成果发表在Nature, Advanced Energy Materials, Chemistry of Materials等领域权威期刊40余篇。其中第一(含共一)以及通讯作者15篇，主要发表在Nature Communications, Materials Today，ACS Energy Letters,Advanced Functional Materials, Nano Energy, Journal of Materials Chemistry A, Journal of Power Sources等。获得授权国际专利4项。